Когда барабанщик бьет в барабан, мембрана начинает вибрировать — эти колебания мы воспринимаем как звук. Как только вибрация затухает, сигнал исчезает.

Но представьте мембрану толщиной всего 10 мм, испещренную треугольными отверстиями. Ученые из Института Нильса Бора (Копенгаген), Университета Констанца и ETH Zurich добились, чтобы колебания в такой мембране распространялись почти без потерь — настолько малых, что даже электронные схемы не могут похвастаться такой точностью. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Фононы — это не что иное, как звуковые колебания, передающиеся через твердое тело. Атомы толкают друг друга, и сигнал движется сквозь материал. Если часть энергии рассеивается в виде тепла или искажений, информация теряется.

Но здесь потери ничтожны: на миллион фононов исчезает всего один. Для сравнения: в электронных схемах сигнал затухает в сотни тысяч раз быстрее.

Пока исследователи не говорят о конкретных применениях, но потенциал огромен. Например:

• Квантовые компьютеры — требуют сверхточной передачи сигналов.
• Биосенсоры — могут улавливать малейшие колебания в организме.

Сейчас мы экспериментируем, — говорит Альберт Шлиссер. — Хотим создать сложные структуры, где фононы будут сталкиваться, как машины на перекрестке. Это покажет, какие новые технологии возможны.

Главный прорыв — минимальные потери сигнала. Это критично для:

• Квантовых вычислений — где любая помеха разрушает хрупкие состояния.
• Высокоточных датчиков — например, для медицинской диагностики на клеточном уровне.
• Акустических процессоров — если удастся заменить электроны фононами, можно снизить энергопотребление.

Пока это фундаментальное исследование, но оно открывает путь к технологиям, где надежность передачи данных важнее скорости.

Проблема масштабирования: мембрана в эксперименте микроскопическая. Неясно, сохранятся ли свойства при увеличении размера или добавлении внешних воздействий (температура, механические нагрузки). Кроме того, треугольные отверстия сложны в производстве — это может ограничить коммерческое применение.

Ранее ученые увидели, как фононы распространяются в наноматериалах.