Графитовая платформа левитирует без необходимости внешнего источника питания
Исследователи из отдела квантовых машин Окинавского института науки и технологий (OIST) изучают левитирующие материалы – вещества, которые могут оставаться подвешенными в стабильном положении без какого-либо физического контакта или механической поддержки. Самый распространенный тип левитации происходит с помощью магнитных полей.
Если вы когда-нибудь пытались сблизить два магнита с одинаковым зарядом, вы поймете, какая сила отталкивания действует между ними. Если магнитное поле достаточно сильное, объекты, изготовленные из определенных материалов (известных как диамагнитные материалы), могут эффективно парить над поверхностями.
Передовые технологии используют сверхпроводники для левитации более тяжелых объектов, позволяя транспортным средствам на магнитной подвеске двигаться на высоких скоростях с минимальным трением.
Проблема с ними заключается в том, что они требуют внешних источников энергии, а в случае сверхпроводников — температур, близких к криогенным. Поэтому в новой работе ученые разработали недорогой материал, который может парить над магнитными поверхностями без необходимости использования энергии.
В его основе лежит обычный графит, обладающий высокой диамагнитностью. Это означает, что он может парить над магнитами, но только короткое время — поток электрических токов через графит вызывает потерю энергии, которая быстро приводит к падению левитирующего объекта. Это явление известно как вихревое затухание.
Чтобы предотвратить это, команда ученых химически покрыла частицы графита диоксидом кремния, который обладает электроизоляционными свойствами. После этого, покрытые частицы графита смешивают с воском и расплющивают в плитки размером около 1 см 2. При этом графит остается диамагнитным, но изоляция предотвращает потерю энергии, которая могла бы остановить левитацию.
И действительно, в ходе испытаний графитовые платформы, покрытые диоксидом кремния, могли долгое время парить над поверхностью, состоящей из магнитов с чередующимися северным и южным полюсами.
Ученые говорят, что эта система левитирующей платформы может привести к созданию новых типов датчиков, которые измеряют силу, ускорение и гравитацию. Для еще более точных квантовых датчиков в другой версии используется магнитная сила обратной связи, которая непрерывно корректирует вертикальные перемещения платформы, охлаждая ее, чтобы уменьшить кинетическую энергию. Однако компромисс здесь заключается в том, что это приводит к необходимости во внешнем питании.
Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters. Левитирующую платформу можно увидеть в действии на видео ниже.