Специалистам Корнелльского университета удалось создать первую в мире наногитару (nanoguitar) и, соответственно, самый крошечный в мире музыкальный инструмент – длиной всего 10 мкм.
Самая маленькая гитара в мире была вырезана умелой рукой мастера из кристаллического кремния ради забавы летом 1997 года. Создателем первой нанотехнологической шестиструнки является профессор Гарольд Крейгхед (Harold Craighead) – ректор Корнелльского университета (Cornell University) в городе Итака (штат Нью-Йорк, США). На работу ушло 20 минут!
Длина миниатюрной гитары составляет всего 10 микрометров – размер клетки крови. Несмотря на размер, гитара имеет шесть полноценных струн. Шесть струн с грифом шириной 50 нанометров (нм) (миллиардных долей метра) – это примерно 100 атомов! Для сравнения: диаметр человеческого волоса – около 200 микрометров или 200 тысяч нанометров. Это значит, что первая наногитара (nanoguitar) была в 20 раз тоньше волоса. Подумайте об этом. Её форма аналогична знаменитой линейке гитарных моделей «Fender Stratocaster».
В теории первую гитару с нанострунами можно было пощипать атомным микроскопом. Но из-за возможного резонанса в пределах неслышимых частот, решено было не испытывать наногитару. Поэкспериментировали, да и отложили в сторону. Заодно и продемонстрировали уникальные возможности, которые открывают нанотехнологии и огромный потенциал микроэлектромеханических систем (microelectromechanical systems – MEMS). За что и получили достойную награду. Короче говоря, вот он – первый нанотехнологический Fender Stratocaster.
Эта наногитара была ещё улучшена в 2003 году, когда на ней стало возможным сыграть, правда, только с помощью лазерного луча. Новая наногитара по форме повторяет Gibson Flying V – гитары, известной в народе под прозвищем «Ласточка». Она приблизительно в пять раз больше, чем предшественница, но всё ещё настолько маленькая, что без микроскопа заметить её невозможно.
Данный инструмент, по словам его создательницы Лидии Сикарик (Lidija Sekaric), относится не к вышеупомянутым MEMS, а вовсе даже к NEMS – наноэлектромеханическим системам (nanoelectromechanical systems). По идее, эти NEMS должны быть в два раза меньше, чем MEMS, то есть устройства такого типа могут измерить массу одной единственной бактерии. Но вот с новой наногитарой вышло наоборот – скорее всего, с такой мелочёвкой просто трудновато работать.
Струны, сделанные из кремниевых прутиков, звенят на 17 октав выше, чем струны обычной гитары. Частота вибрации крошечных струн примерно в 130 тысяч раз больше, чем у обычных гитар, поэтому человеческое ухо не в состоянии услышать этот звук. Высота звука нанострун определяется их длиной (от 6 до 12 микрометров), а не силой натяжения, как в нормальной гитаре. Однако наногитару можно даже «настраивать» с помощью подачи на всю структуру постоянный электрический ток, который изменяет длину струн.
Вообще-то, большинство микроустройств, которые делают в Корнелльском университете, на гитары и другие музыкальные инструменты не похоже. Но исследователи при изучении резонансов частенько сами приходят к «музыкальным аналогиям», поэтому крошечные системы могут напоминать арфы, ксилофоны или барабаны. Или электрогитары, как в нашем случае.
Дело ещё в том, что привычная форма наногитары делает её ещё и хорошим образовательным инструментом. Нанотехнологии становятся привлекательнее и понятнее учащейся молодёжи. Способность делать крошечные вещи, вибрирующие на очень высоких частотах, имеет огромный потенциал в электронике. К примеру, нанообъекты можно заставить вибрировать на радиочастотах до сотен Мегагерц.
Или же NEMS могли бы заменить кварцевые кристаллы в сотовых телефонах, делая ту же самую работу, но занимая меньше места и потребляя значительно меньшее количество энергии. Кроме того, наноэлектромеханические системы могут использоваться, чтобы обнаружить колебания, и тем самым, помочь идентифицировать объекты или слабые звуки, по которым можно предсказать отказ какой-нибудь техники.
Как показывает наногитара, NEMS могут модулировать свет. Это означает, что системы могут использоваться в оптико-волоконных коммуникациях. В настоящее время там для двухсторонней связи требуется направлять луч лазера в оба конца. Вместо этого мощный луч можно было направить в одну сторону, где он бы модулировался и отражался гораздо менее дорогим устройством NEMS.
Сейчас вдохновлённые звучанием наногитары учёные определяют, какие материалы больше всего подходят для создания NEMS, пытаются окончательно разобраться, как эти маленькие системы работают, и что они могут делать.
