Переводчик отвлекается на каждый шорох в зале — и час совещания превращается в два. Так и ёмкостный гироскоп: чтобы услышать нанометровое смещение грузика, ему нужны идеально выверенные зазоры между пластинами. Чем меньше датчик, тем труднее удержать эту точность. Инженеры давно ищут другой способ слушать движение.

В новой работе роль переводчика берёт на себя магнитный туннельный переход (MTJ) — сэндвич из двух магнитных слоёв с изолятором между ними. Когда через него пропускают радиочастотный ток, он выпрямляет его в постоянное напряжение, и это напряжение меняется, если рядом движется магнитная пробная масса.

Модель, построенная на уравнениях движения резонатора и динамики намагниченности, откалибрована по экспериментальным данным: реальные MTJ размером 300×750 нм показали чувствительность около 20 мкВ/мТ. Механические параметры взяты типичные для МЭМС-резонаторов: масса 1 мкг, резонансная частота 250 кГц, добротность 157. В стационарном режиме дифференциальное напряжение линейно растёт с угловой скоростью, давая чувствительность 0,001 мкВ/(°/с).

Оценка углового случайного дрейфа (ARW) составила 1800 °/√ч, что соответствует потребительскому классу точности. Для сравнения, тепловой предел для данного резонатора даёт ARW около 0,04 °/√ч, то есть электронный шум считывания доминирует. Это как слушать шёпот в шумной комнате: сигнал есть, но его заглушает треск аппаратуры.

В динамическом сценарии — порыв ветра с модуляцией 40 кГц — гомодинная демодуляция позволила восстановить угловую скорость с ошибкой около 0,05%. А если заменить пассивную пробную массу на активный спин-торк наноосциллятор (STNO), чувствительность возрастает в 70 раз, а амплитуда привода уменьшается до 150 нм — примерно в 500 раз тоньше человеческого волоса.

Переводчик наконец-то перестал отвлекаться на шорохи. Он теперь слушает магнитное эхо движения, и это эхо можно усилить, не трогая сам зал. Осталось только сделать его голос чище.