Известно, что микрофоны, устройства, превращающие звуковые волны в электрические сигналы, бывают разных типов и разных размеров, начиная от громоздких студийных микрофонов и заканчивая крошечными микрофонами, впаиваемыми на платы мобильных телефонов. Но то, что удалось сделать группе исследователей из Лундского университета, Швеция, по праву можно назвать самым маленьким микрофоном в мире. Ведь в качестве чувствительного элемента этого микрофона выступает одна единственная молекула, которая колеблется под воздействием звуковых волн.
Когда мы говорим о звуке, мы подразумеваем колебания, передающиеся через воздух, через газ другого типа, через воду или через другую среду. Эти колебания воздуха, коснувшиеся барабанных перепонок, заставляют их вибрировать и раздражать окончания слухового нерва, что позволяет нам с вами воспринимать звуки, слышать. В новом молекулярном микрофоне роль барабанной перепонки выполняет одна единственная молекула дибензотерилена (dibenzoterrylene, DBT), колебания которой вызывают изменения в спектре света ее флуоресценции.
Для того, чтобы заставить молекулу работать в качестве микрофона, научной группе, возглавляемой профессором Юкси Тиэн (Yuxi Tian), пришлось поймать несколько таких молекул в ловушки, находящиеся внутри кристалла антрацена. Звуковые колебания заставляют колебаться кристалл, а молекулы DBT при этом перекатываются внутри полостей ловушек. Такие перемещения молекул влияют на взаимодействие электронных облаков, окружающих молекулы, с электронами кристаллической решетки антрацена и это влияние приводит к спектральным изменениям. Отслеживая эти спектральные изменения света флуоресценции при помощи лазера, к примеру, можно определить частоту и амплитуду звука, воздействующего на этот молекулярный микрофон.
Естественно, что столь миниатюрный акустический датчик вряд ли станет полезен в нашей повседневной жизни. Кроме этого, структура молекулярного микрофона для минимизации тепловых шумов от молекул воздуха должна быть охлаждена до достаточно низкой температуры. Но такой молекулярный микрофон может найти применение в оборудовании для физических лабораторий и там, где исследователи занимаются изучением квантовых эффектов при помощи крошечных колебательных систем, ведь при помощи одной единственной молекулы можно уловить даже самые слабые акустические колебания.
Первоисточник