Простая и маломощная технология

Микрочип в основном состоит из тонкого керамического листа, имеющего форму батута. Этот батут имеет рисунок с отверстиями для улучшения его взаимодействия с лазерами и имеет толщину примерно в 1000 раз меньшую, чем толщина волоса. Будучи бывшим кандидатом наук в лаборатории Ричарда Норте, Маттейс де Йонг изучал маленькие батуты, чтобы выяснить, что произойдет, если направить на них простой лазерный луч. Поверхность батута начала сильно вибрировать. Измеряя отраженный лазерный свет от вибрирующей поверхности, команда заметила характер колебаний в форме гребенки, которого они раньше не видели. Они поняли, что гребнеобразная форма батута служит линейкой для точного измерения расстояния.

Эта новая технология может быть использована для измерения положения материалов с помощью звуковых волн. Что делает его особенным, так это то, что он не нуждается в каком-либо точном оборудовании и поэтому прост в изготовлении. "Для этого требуется только вставить лазер, и ничего больше. Нет необходимости в сложных контурах обратной связи или настройке определенных параметров, чтобы заставить нашу технологию работать должным образом. Это делает его очень простой и маломощной технологией, которую гораздо легче миниатюризировать на микрочипе", - говорит Норте. "Как только это произойдет, мы действительно сможем разместить эти микрочиповые датчики где угодно, учитывая их небольшой размер".

Уникальное сочетание

Новая технология основана на двух не связанных между собой методах, получивших Нобелевскую премию, называемых оптическим улавливанием и частотными гребенками. Норте: "Интересно то, что оба эти понятия обычно связаны со светом, но эти области на самом деле не пересекаются. Мы уникальным образом объединили их, чтобы создать простую в использовании технологию микрочипов, основанную на звуковых волнах. Такая простота использования может иметь значительные последствия для того, как мы измеряем окружающий нас мир".

Обертоны

Когда исследователи направили лазерный луч на крошечный батут, они поняли, что силы, которые лазер оказывал на него, создавали обертоновые вибрации в мембранах батута. "Эти силы называются оптической ловушкой, потому что они могут улавливать частицы в одном месте с помощью света. Этот метод получил Нобелевскую премию в 2018 году и позволяет нам манипулировать даже мельчайшими частицами с предельной точностью", - объясняет Норте. "Вы можете сравнить обертоны в батуте с определенными нотами скрипки. Нота или частота, которую издает скрипка, зависит от того, где вы кладете палец на струну. Если вы очень легко прикоснетесь к струне и сыграете на ней смычком, вы можете создать обертоны - серию нот на более высоких частотах. В нашем случае лазер действует одновременно как мягкое касание и как смычок, вызывая обертоновые вибрации в мембране батута".

Соединение двух прорывных областей

"Оптические частотные гребенки используются в лабораториях по всему миру для очень точных измерений времени и расстояний", - говорит Норте. "Они настолько важны для измерений в целом, что их изобретение было удостоено Нобелевской премии в 2005 году. Мы создали акустическую версию частотной гребенки, состоящую из звуковых колебаний в мембране вместо света. Гребенки акустической частоты могли бы, например, измерять положение в непрозрачных материалах, через которые вибрации могут распространяться лучше, чем световые волны. Эта технология могла бы, например, использоваться для точных измерений под водой для мониторинга климата Земли, для медицинской визуализации и для применения в квантовых технологиях ".