Цей мінібатут може перевернути світ технологій!

Фізики розробили нанорозмірний хвилевід, подібний до батута, що дозволяє фононам рухатися по складних траєкторіях з мінімальними втратами.

Революція в управлінні фононами

Вчені з Констанцького університету створили ультратонку мембрану з нітриду кремнію — «батут», що функціонує як топологічний фононний хвилевід. Його товщина складає лише 20 нанометрів, а поверхня має перфорований геометричний візерунок з округлими трикутними отворами. Унікальність конструкції полягає у здатності коливань поширюватися не лише вгору і вниз, а й вбік та навколо кутів. В центрі мембрани створено додаткову зону — «батут у батуті», де рух набуває ще складнішої трикутної траєкторії.

Ці коливання — фонони — це “кванти звуку”, тобто найменші елементи вібрацій у твердому тілі. На відміну від фотонів, вони не є частинками світла, а відповідають за передачу тепла та звуку через твердий матеріал. У новій конструкції фонони переміщуються з майже нульовими втратами, що відкриває нові можливості для мікрочіпів і телекомунікаційних пристроїв.

Топологічні ефекти у матеріалах

Ключ до ефективного транспорту фононів — топологічна геометрія мембрани, яка змінює традиційні уявлення про розповсюдження коливань. Фізик Одед Зільберберг зазначає: «Ця надзвичайно низька втрата відповідає сучасним телекомунікаційним пристроям». Завдяки топологічній захищеності, фонони зберігають імпульс навіть при проходженні через 120-градусні вигини. Менше одного фонона на десять тисяч «втрачається» при цьому процесі — це майже ідеальна ефективність.

Зільберберг підкреслює, що такий підхід дозволяє прокладати “дороги для фононів”, по яких коливання можуть рухатися без перешкод. Цю концепцію можна порівняти з хвилеводами для світла, однак в акустичній формі. Технологія має потенціал стати базою для мікромеханічних систем нового покоління.

Майбутні перспективи та масштабування

Проєкт реалізований завдяки співпраці трьох університетів — Констанца, Копенгагена та ЕТН Цюриха. Мембрана розроблена теоретично у Констанці, а виготовлена та протестована у партнерських лабораторіях. Результати опубліковані у журналі Nature 4 червня 2025 року. Фінансування здійснювалося за підтримки низки європейських наукових фондів, включно з ERC, DFG та Horizon 2020.

Хоча проєкт створено для наномасштабного застосування, дослідники не виключають можливості масштабування. «Я припускаю, що цей принцип також працюватиме з об’єктами більшого розміру», — з посмішкою зауважує Зільберберг. Але перш ніж стрибати на «людському» варіанті, дослідник радить не забувати про шолом.