Įprastai, kai būgnininkas trenkia į būgną, paviršiuje susidaro vibracijos, kurios sukuria garsą. Tačiau vos tik virpesiai nuslopsta, garsas išnyksta. O dabar įsivaizduokite, kad garsą galima perduoti be didesnių nuostolių, net kai jis keliauja per itin mažą ir ploną paviršių. Būtent tokį stebuklingai efektyvų objektą sukūrė tarptautinė mokslininkų komanda.
Nielso Bohro instituto Kopenhagoje mokslininkai kartu su partneriais iš Konstanco universiteto Vokietijoje ir ETH Ciuricho Šveicarijoje pristatė unikalią membraną, kuri yra vos 10 milimetrų pločio ir išmarginta tūkstančiais smulkių trikampių angų.
Nepaisant savo mažumo, ši membrana leidžia garsui, tiksliau fononams, sklįsti per ją beveik be energijos nuostolių. Tai reiškia, kad garsas ar vibracija perduodami su stulbinančiu tikslumu, o tai pranoksta net pažangiausius šiuo metu naudojamus elektroninius signalų perdavimo metodus.
Kas tie fononai ir kodėl jie svarbūs?
Fononai yra itin mažos vibracijos, sklindančios per kietas medžiagas. Galima sakyti, tai tarsi garsas, kuris juda per kristalus ar paviršius. Kai atomai vibruoja, jie perduoda judėjimą vienas kitam, sukurdami bangą, kuri geba pernešti informaciją. Tačiau jeigu ši banga pakeliui praranda dalį energijos arba išsikraipo dėl netvarkos, šilumos ar kitų trikdžių, informacija tampa neryški arba visiškai prarandama.
Naujoji membrana pasižymi itin mažais signalų nuostoliais. Net kai fononai turi apeiti kliūtis, keisti kryptį ar išsisukti aplink angas, tik vienas fononas iš milijono pakeliui prarandamas. Palyginimui, elektroniniuose grandynuose signalas susilpnėja net šimtus tūkstančių kartų greičiau. Tai itin reikšmingas pasiekimas, kuris gali būti pritaikytas įvairiose pažangių technologijų srityse.
Ką gali reikšti šis atradimas ateities technologijoms?
Tokio tipo membrana galėtų tapti pagrindu kuriant naujos kartos kvantinius kompiuterius. Šiose sistemose signalų perdavimas tarp skirtingų dalių turi būti ypač tikslus, nes bet koks triukšmas ar informacijos praradimas gali sunaikinti visą skaičiavimo procesą.
Taip pat ši technologija būtų naudinga itin jautriems jutikliams, gebantiems aptikti pačius mažiausius pokyčius biologinėse ar fizinėse sistemose, pavyzdžiui, žmogaus organizme ar gamtoje.
Nors dabar mokslininkai nesiekia greitai komercializuoti šio atradimo, jų pagrindinis tikslas yra išplėsti supratimą apie tai, kaip fononai elgiasi įvairiose sąlygose. Tyrėjai planuoja kurti sudėtingesnes struktūras, kuriose fononai galėtų judėti įvairiomis kryptimis, keistis vietomis, o netgi susidurti tarpusavyje. Tokie eksperimentai leistų atskleisti dar daugiau galimų šios technologijos panaudojimo būdų.
Kaip teigia vienas iš tyrimo autorių, profesorius Albertas Schliesseris, fundamentiniai moksliniai tyrimai pirmiausia siekia sukurti naujas žinias, o ne iškart paversti jas konkrečiomis prekėmis. Tačiau akivaizdu, kad tokie atradimai gali tapti kertiniais žingsniais ateities technologijų evoliucijoje.
Šis naujas atradimas neabejotinai žymi svarbų proveržį akustinės fizikos ir kvantinių technologijų srityse. Tai ne tik teorinis pasiekimas, bet ir potenciali naujos eros pradžia, kur garsas bei vibracijos galės perduoti informaciją efektyviau nei bet kada anksčiau.
Jei mokslininkams pavyks toliau tobulinti šią technologiją, galime tikėtis revoliucijos informacijos perdavimo, matavimo ir skaičiavimo srityse. Viena yra aišku, kad iš pažiūros mažytė membrana gali atnešti milžiniškų pokyčių visam technologijų pasauliui.
