Čipovi na kojima se informacije prenose zvukom

Danski istraživači ponudili su rješenje za jedan od najvećih izazova moderne nanotehnologije: kako voditi zvučne valove, fonone, kroz mikročipove gotovo bez gubitaka energije

Mladen Smrekar petak, 11. srpnja 2025. u 06:30
Inspiraciju za svoje rješenje danski su istraživači pronašli u stvaranju zvuka koji proizvodi udarac po bubnju 📷 pvproductions
Inspiraciju za svoje rješenje danski su istraživači pronašli u stvaranju zvuka koji proizvodi udarac po bubnju pvproductions

Udaranjem po bubnju bubnjar pokreće membranu koja vibrira, a te vibracije sadrže signal koji možemo dekodirati kao glazbu. Signal se gubi čim membrana prestane vibrirati. Sad zamislite membranu bubnja koja je ultra tanka, široka oko 10 mm i perforirana s mnogo trokutastih rupa. Upravo takvu membranu izradili su istraživači Niels Bohr Instituta Sveučilišta u Kopenhagenu i tako postigli veliki napredak u kontroli zvučnih valova na mikroskali, piše časopis Nature

Uvećana membrana od silicijevog nitrida: crvena boja znači da se dio membrane pomiče prema gore, a plava da se dio pomiče prema dolje  📷 Albert Schliesser i Xiang Xi
Uvećana membrana od silicijevog nitrida: crvena boja znači da se dio membrane pomiče prema gore, a plava da se dio pomiče prema dolje Albert Schliesser i Xiang Xi

Ključ inovacije je spoj dvaju koncepata: soft-clampinga i topološke zaštite. Umjesto da vibracije čvrsto stegnu i time pojačaju gubitke, znanstvenici su osmislili način nježnog "omekšanog" pritezanja, što vibracijama omogućuje da se šire bez značajnog rasipanja energije. Uz to, korištena je posebna valley-Hall topološka izolacija koja fononima jamči siguran prolaz čak i kroz oštre zavoje na čipu, bez raspršivanja i povratnog odbijanja.

Rekordno niski gubici

Rezultat je fononski valovod s rekordno niskim gubicima — samo 3 dB po kilometru na sobnoj temperaturi, što je tisućama puta bolje od dosadašnjih rješenja. Eksperimenti su pokazali da 99,99 % fonona prolazi kroz oštre zavoje bez gubitka, što otvara vrata razvoju novih generacija ultrabrzih i energetski učinkovitih mikrosustava za obradu signala, senzore, pa čak i kvantnu komunikaciju i memoriju.

Danski istraživači uspjeli su postići prijenos oscilacija oko membrane gotovo bez gubitaka 📷 Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
Danski istraživači uspjeli su postići prijenos oscilacija oko membrane gotovo bez gubitaka Niels Bohr Institute, University of Copenhagen

Ova tehnologija mogla bi, nadaju se, omogućiti izradu čipova na kojima se informacije prenose zvukom, a ne električnim signalima, čime bi se smanjila potrošnja energije i povećala otpornost na smetnje, što je ključno za budućnost elektronike i kvantnih tehnologija.