Tényleg mindent meghall a világ legkisebb mikrofonja

Neumann U47 mikrofon

Egyetlen molekulából áll a létező legérzékenyebb mikrofon, amely képes lehet „belehallgatni” a mikroszkopikus mozgásokba, a kvantummechanikai folyamatokba, de akár a sejtek működésébe is.

A mozgás hullámokat kelt. A hangszórók membránja mozgatja a levegőt, fülünket a sínekre tapasztva halljuk, ha jön a vonat, és azt is érezzük, amikor a mögöttünk ülő rugdossa a székünket. A Bordeaux-i Egyetem kutatói a mikroszkopikus világ legapróbb mozgásait szeretnék meghallani egy mátrixba ágyazott molekula segítségével.

Egy Neumann U47 - az egy molekula méretű mikrofon egyáltalán nem így néz ki Forrás:Wikimedia Common/Jaco Ten

Ehhez a molekula színképének apró változásait használják ki. Minden egyes atomnak és molekulának saját, egyedi színképe van. Ez ráadásul mérhető is, ennek a vizsgálata segít például a csillagászoknak beazonosítani, hogy milyen elemekből épülnek fel a távoli csillagok és bolygók. A színkép olyan, mint a molekula ujjlenyomata – mindegyiknek másmilyen, így nagyon pontos azonosítást tesz lehetővé. Az újonnan kifejlesztett mikrofon-molekulának ujjlenyomatára viszont hatással van a környezetének változása is – vagyis mintegy érzi, ha rugdossák.

Lehallgatják a színképet

A francia kutatócsoport a mikrofonként üzemelő szerves molekulát egy mátrixba, pontosabban egy antracén kristályrácsba ültette bele. Az őt minden oldalról körülvevő mátrix atomjainak elektronfelhői ekkor hatással vannak a „mikrofon” energiaszintjére.

Amikor valamiféle apró lökéshullám fut át a berendezésen, a mátrix összenyomja a mikrofont, ezzel megváltoztatja annak energiaszintjeit ,így végső soron a színképét. A színkép letapogatásával pedig hallhatóvá válik az a mozgás, ami megrengette a berendezést. Mivel egyetlen molekuláról van szó, így a mikrofon képes lehet észlelni kvantummechanikai folyamatok morajlását is. Ez a kutatók legfőbb célja.

Irányításra is jó

A mikrofon képes volt 10^-14 méteres változást is érzékelni, amely majdnem annyira kicsi, mint egy proton átmérője (itt már a piko- és femtométeres tartományban járunk). A prototípus jelenleg csak nagyon alacsony hőmérsékleten üzemel, ami egyelőre meggátolja, hogy élő sejteken is teszteljék. Hasznos lehet viszont úgynevezett nanomechanikai, azaz mikroszkopikusan kicsi szerkezetek hallgatására. Ha a detektort „megfordítják”, akkor nem csak mikrofonként, de akár hangszóróként is üzemelhet, így a nanomechanikai szerkezetek ilyen módon irányíthatóvá válhatnak.