Физики создали самый миниатюрный микрофон на Земле

31.03.2018

Американские ученые создали миниатюрное записывающее устройство, которое примерно в 10 триллионов раз меньше по размерам, чем ухо человека, но при этом не уступает ему в чувствительности. "Рецепт" его сборки был опубликован в журнале Science Advances.

"Наши нано-перепонки не только обладают очень высокой чувствительностью для своих размеров и массы, но и потребляют очень мало энергии и почти не "шумят". В конечном итоге, они позволят нам создать устройства, которые одинаково хорошо работают и с чистыми и мощными сигналами, и при высоком уровне шумов", — заявил Филип Фенг (Philip Feng) из университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде (США).

Практически все современные цифровые гаджеты имеют в своем составе миниатюрные микрофоны, акселерометры и датчики давления, чьи размеры в десятки раз меньше, чем у барабанных перепонок человека и других живых существ. Подобные устройства, построенные на базе так называемых микроэлектромеханических систем (MEMS), достаточно хорошо воспринимают звук, но отличаются низкой точностью работы и чувствительностью.

Это мешает их дальнейшей миниатюризации и препятствует их  использованию в системах связи и в других устройствах, где необходима высокая чувствительность и стабильность работы. Фенг и его коллеги сделали первый шаг для решения всех этих проблем, превратив пленку из дисульфида молибдена, перспективного полупроводника, в самый небольшой и "плоский" микрофон мира.

Как обнаружили авторы статьи, "бутерброд" из подобной пленки и особой кремниевой подложки, покрытой микроскопическими лунками размером в несколько сотен нанометров, похожие по форме на барабаны. Если их подсветить при помощи лазера или пропустить ток через них, то полупроводниковая пленка начнет колебаться с большой частотой, очень чутко реагируя на внешние вибрации, в том числе и звук.

Эти изменения, в свою очередь, можно считать, подсвечивая лунку другим лазером или прикрепив электроды к дисульфиду молибдена. Как показали замеры Фенга и его коллег, подобная электронная "барабанная перепонка" не уступает в чувствительности человеческому уху, несмотря на то, что ее площадь составляет всего 8 квадратных нанометров.

Помимо микрофонов, подобные пленки и "барабаны" можно применять и для других целей – создания сверхчувствительных датчиков массы и давления, способные работать практически "вечно" благодаря сверхнизкому энергопотреблению.

В среднем, микрофон, созданный командой Фенга, потреблял всего несколько пиковатт (10 в минус 12 степени ватт) энергии, что на порядки меньше, чем типичные аппетиты самых миниатюрных и простых записывающих устройств на базе MEMS.