Учёные Института науки и техники Окинавы (OIST) совершили прорыв в технологии левитации, создав макромасштабную магнитную пластину, способную парить над редкоземельными магнитами без какого-либо дополнительного источника энергии. Авторы считают, что данное изобретение откроет новые горизонты в исследованиях фундаментальных физических явлений, включая взаимодействие тёмной материи и гравитационных волн.
Традиционно микроволновые датчики подвержены воздействию факторов внешней среды, что ухудшает точность измерений. Макроскопические магнитные системы, работающие при комнатной температуре, напротив, отличаются простотой конструкции и устойчивостью к внешним условиям, реагируя на воздействие силы тяжести. Такие свойства делают их идеальным инструментом для экспериментов, направленных на измерение эффектов гравитации и исследования границ квантово-классического взаимодействия.
Тем не менее основным ограничением макроскопических систем выступает эффект токов Фуко, вызванных взаимодействием проводника с магнитным полем. Когда электропроводящее вещество перемещается мимо магнита, возникают циркуляционные электрические токи, известные как токи Фуко. Команда объясняет, что, несмотря на полезные применения этого эффекта (например, в поездах на магнитной подвеске), для высокоточных измерений сила трения играет негативную роль.
Предыдущие попытки преодолеть проблему включали создание пластины из графитового порошка, покрытого диоксидом кремния и помещённого в восковую среду. Восковая среда позволяла ограничить распространение токов Фуко в пределах отдельных частиц графита, предотвращая возникновение помех. Однако данная конструкция сильно уменьшала способность системы левитировать, что затрудняло интеграцию устройства в другие приборы.
Новое решение основано на создании чистого графитового диска, избавившись от ограничений предыдущих конструкций. Согласно компьютерным симуляциям, проведённым авторами, роторный диск испытывает минимальное трение, так как при движении вокруг оси магнитное поле остаётся постоянным, устраняя эффект токов Фуко.
Новый дизайн включает четыре простых компонента: диск из графита и три постоянных магнита. Благодаря этому решению команда смогла создать идеальный прототип, работающий без дополнительной энергетической подпитки.
Следующим этапом работы станут усовершенствования конструкции, направленные на повышение точности изготовления дисков и магнитов, а также снижение воздушного сопротивления путём создания вакуумной среды. Если удастся достичь идеальных условий, заявляют авторы, такая система способна выступать основой для ультрачувствительных датчиков, работающих на масштабе миллиметров вместо привычных нанометров.
Доктор Дэхи Ким, аспирант-исследователь и первый автор публикации, добавил, что разработанный ими метод способен привести к появлению принципиально новых платформ для квантовых исследований. В частности, при уменьшении частоты вращения роторного диска его движение войдёт в квантовый режим, открывая перспективы для изучения уникальных квантовых феноменов, таких как суперпозиция состояний и эффект вакуума гравитации.
Исследование опубликовано в научном журнале .