tuUn team di ricercatori dell’Unità Macchine Quantistiche dell’Okinawa Doctoral College of Science and Technology (OIST) in Giappone ha dimostrato che un piccolo pezzo di grafite “priva di gravità” levita quasi perfettamente sopra una griglia di magneti.
Immagine di intestazione: La piastra composita di grafite oscilla a lungo sopra i magneti, ma perde energia nel tempo a causa dell’attrito dell’aria. (Collegio di Dottorato di Scienza e Tecnologia di Okinawa – OIST)
Oltre all’affascinante dimostrazione della levitazione magnetica o levitazione elettromagnetica, la piattaforma dei ricercatori non dipende da alcuna fonte di energia esterna, come spiega un nuovo studio (link sotto), rendendola perfettamente adatta allo sviluppo di una nuova generazione di sensori molto sensibili destinati ad usi scientifici e al pubblico in generale.
Il team ha creato una piattaforma galleggiante composta da sfere di grafite rivestite con una polvere chimica e una serie di magneti disposti in una griglia.
Il loro nuovo sistema migliora rispetto alle iterazioni precedenti rinunciando a qualsiasi energia esterna.
La grafite è diamagnetica, il che significa che si oppone ai campi magnetici. Posizionando una sottile fetta di questo materiale sopra un materiale ferromagnetico adatto, è possibile creare una piccola piattaforma che non ha alcun collegamento con l’ambiente circostante. Rimuovendo tutta l’aria circostante, i wafer di carbonio sospesi possono essere efficacemente isolati dagli urti e dalle vibrazioni di praticamente qualsiasi particella in collisione, isolandoli così dall’ambiente circostante.
Perline di grafite sono state combinate con silice e polietilenglicole. (Tian et al./Lettere di fisica applicata)
Ciò dovrebbe consentire di rilevare qualsiasi cosa, dall’attrazione gravitazionale alle attività quantistiche, ma le correnti elettriche all’interno degli strati di grafite costringono il sistema a perdere energia attraverso l’energia cinetica, ovvero “ smorzamento vorticoso“. Più grande è il wafer, maggiore è questo effetto. Questo è il motivo per cui la levitazione magnetica non è ancora emersa come un modo per sviluppare sensori avanzati.
Tuttavia, riducendo al minimo l’entità del movimento del piccolo pezzo di grafite, il team spera di consentire lo sviluppo di sensori in grado di rilevare variazioni di gravità a livello atomico.
Secondo Jason Twamley, team leader e ricercatore di macchine quantistiche presso l’OIST:
Il calore provoca movimento, ma monitorando continuamente e fornendo feedback in tempo reale sotto forma di azioni correttive al sistema, possiamo ridurre questo movimento. Controllando attivamente lo smorzamento, riduciamo l’energia cinetica del sistema, raffreddandolo efficacemente.
Di conseguenza, la piattaforma potrebbe, secondo Twamley, “superare i gravimetri atomici più sensibili sviluppati fino ad oggi”. Si tratta di strumenti all’avanguardia che sfruttano il comportamento degli atomi per misurare con precisione la gravità.
La piastra è sospesa sopra i magneti con poli nord e sud alternati. Il sistema è isolato dalle vibrazioni e mantenuto in un ambiente ad alto vuoto. Uno specchio viene utilizzato per monitorare il movimento verticale (posizione e velocità) della piastra e un circuito di feedback viene utilizzato per diminuirne il movimento. (Collegio di Dottorato di Scienza e Tecnologia di Okinawa – OIST)
Il team sta ora lavorando per eliminare ulteriori disturbi esterni come vibrazioni, campi magnetici e rumore elettrico per migliorare il proprio sistema.
Ad esempio, tale tecnologia potrebbe essere utilizzata per migliorare gli oscillatori meccanici, utilizzati per misurare i movimenti periodici in qualsiasi cosa, dagli orologi ai circuiti radio.
Lo studio pubblicato su Applied Physics Letters: Feedbackcooling of an insuring high-Q diamagnetically levitated plate e presentato sul sito web dell’Okinawa Doctoral College of Science and Technology: Innovative magnetic levitation: New material offre il potenziale per sbloccare la tecnologia senza gravità.
