До изобретения транзистора телефонные коммутационные станции щелкали со звуком маленьких металлических рычагов, закрывающих поток электричества. Новое изобретение возрождает механические системы, но в гораздо меньших масштабах.
Немецкие исследователи придумали устройство, которое берет под контроль электричество, перемещая электроны через промежуток с регулярностью, подобной метроному. Механизм имеет потенциальное применение в электронных детекторах запаха и чрезвычайно точных датчиках тока. Группа, включающая Артура Эрбе и Роберта Х. Блика из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, сообщает о своих выводах в журнале Physical Review Letters от 27 августа.
Исследователи дали кремнийсодержащему устройству подходящее название: квантовый колокол. Его центральным элементом является хлопушка, которая колеблется с частотой 100 мегагерц, когда напряжение подается на любую сторону. К его наконечнику прикреплен металлический островок, электрически изолированный от тарелки. Когда островок подпрыгивает назад и вперед, он переносит электроны между двумя пластинами.
«Они используют механическое движение хлопушки, что-то вроде [электронного] турникета», - объясняет Эндрю Клеланд из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Охладив прибор до 4,2 Кельвина, исследователи приблизились к своей цели воспроизводимого перемещения одного электрона при каждом колебании хлопушки.
Если такая точность до одного электрона будет достигнута, это может привести к чрезвычайно точному способу подсчета потока электронов, предполагает Клеланд.
Путем дополнительного охлаждения устройства или изменения его схемы исследователи достигнут этой цели, прогнозируют они. «В этой статье описываются, вероятно, самые трудные шаги для достижения этой цели», - говорит Клеланд. Он говорит, что еще неизвестно, сможет ли этот подход в конечном итоге работать лучше, чем транзисторы, используемые в настоящее время для измерения тока и калибровки электронных схем.
Эрбе предполагает, что квантовый колокол может иметь практическое применение при комнатной температуре. Например, если находящиеся в воздухе молекулы прилипают к хлопушке, они могут замедлить частоту колебаний и, следовательно, поток электронов. По его словам, это может стать основой для механического носа.
Эрбе добавляет, что устройства, основанные на квантовом звонке с его высокочастотным хлопком, в конечном итоге могут быть использованы для миниатюризации средств связи, включая сотовые телефоны и радиоприемники. Такие устройства используют фильтры для преобразования низких частот человеческого голоса в высокочастотные волны. Устройство на основе квантового колокола будет меньше современных фильтров и будет потреблять меньше электроэнергии.