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美國凱斯西儲大學研究人員發明可傳輸大頻率范圍信號的原子級“鼓膜”

智芯前沿 2022-04-12 14:35:08

【據美國凱斯西儲大學新聞網2018330日報道】來自美國凱斯西儲大學的研究人員發明了一種原子大小的“鼓膜”,能夠接收和傳播遠大于人耳能夠接收頻率范圍的信號。這種“鼓膜”的體積不到人的耳膜的幾十萬億分之一,厚度還不到人耳膜厚度的十萬分之一。在最近的數十年,研究人員一直嘗試使用高度微型化的設備和系統來通信,并且一直追求將這些設備更小化。微型化的主要挑戰是在微型化的同時實現一個對如聲音和震動等信號更大范圍的檢測。最后,研究人員需要傳感器來處理信號,保證信號無損失,將所有信息都包含在“信號上限”(不失真的信號上限)和“噪聲下限”(能夠檢測到的信號下限)中。研究人員表示,盡管這項工作不是為市場上某個特定設備設計的,但是研究的測量、極限和縮放技術對幾乎所有的傳感器都是十分重要的。這項研究表明一些微型化、原子大小的電子“鼓膜”能夠提供極大的動態范圍,最高可達110分貝,頻率最高可達120MHZ。研究人員表示,動態范圍是所有傳感器設備的關鍵,人耳能夠接收的動態范圍是60100分貝,頻率在10HZ10KHZ,如果超過這個范圍,人的聽力會迅速下降。研究人員制造的振動納米鼓膜是由半導體晶體原子層組成的,首先從大塊的半導體晶體上剝落單個原子層,通過納米制造和顯微操作技術將原子層懸掛在硅晶片的微腔上,最后在這些設備上制造電子連接。更進一步,“鼓膜”的測試顯示出很好的頻率可調性,能夠通過使用電子力拓展鼓膜來調整頻率,研究也表明只需要極低的能量來維持高頻率振蕩。“鼓膜”不僅能夠以極小的體積實現極大的動態范圍,還是十分節能和“安靜”的設備。研究論文已發表在Science Advance上。

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