Ученые создали левитирующую графитовую пластину для сверхчувствительных квантовых датчиков

Левитация — это суперсила, которую хотели бы заполучить многие исследователи. Хотя существует множество способов борьбы с силами гравитации, немногие из них подходят для сверхчувствительных устройств, которым было бы полезно плавать без привязки в вакууме.

Под руководством команды Окинавского научного института and Technology (OIST) в Японии, группа исследователей нашла способ экранировать тонкие графитовые пластины, когда они свободно парят над сеткой магнитов, что делает их гораздо менее восприимчивыми к токам, которые мешают их способности действовать как датчики. /p>

Графит диамагнитен, что означает, что он противодействует магнитным полям. Поместите тонкий слой материала на подходящий ферромагнитный материал, и вы сможете создать небольшую платформу, не имеющую связи с окружающей средой.

Удалите весь окружающий воздух, и парящие пластины углерода можно будет эффективно изолировать. от ударов и сотрясений практически всех сталкивающихся частиц, изолируя его от окружающей среды.

Хотя это должно сделать его удобным для обнаружения чего-либо, от гравитационного притяжения до квантовой активности, электрические токи внутри слоев графита заставляют система теряет энергию за счет явления, называемого вихревым затуханием. Чем больше пластина, тем сильнее этот эффект.

Чтобы бороться с этим, исследователи покрыли небольшой квадрат микроскопических графитовых шариков кремнеземом, а затем воском, сделав квадрат электрическим изолятором, который помогает защитить от быстрой энергии. потери системы.

«Достижение такого уровня точности требует тщательного проектирования для изоляции платформы от внешних возмущений, таких как вибрации, магнитные поля и электрический шум», — говорит физик-теоретик Джейсон Твамли из OIST.

Другая задача, с которой пришлось столкнуться команде, заключалась в минимизации двигательной или кинетической энергии графитового куска, что очень важно, если система в конечном итоге будет использоваться в качестве датчика, достаточно точного, чтобы проводить измерения в квантовых масштабах.

Эта энергия была уменьшена за счет создания петли обратной связи, в которой движение системы постоянно контролировалось, а магнитное поле нижняя часть была переработана, чтобы графитовая деталь оставалась как можно более неподвижной.

«Тепло вызывает движение, но путем постоянного мониторинга и предоставления обратной связи в режиме реального времени в виде корректирующих действий для системы мы можем уменьшить это движение. », — говорит Твамли.

«Обратная связь регулирует скорость демпфирования системы, то есть скорость потери энергии, поэтому, активно контролируя демпфирование, мы уменьшаем кинетическую энергию системы, эффективно охлаждая ее».

Наличие точного уровня контроля над подобными платформами имеет решающее значение для ответа на некоторые из самых важных вопросов квантовой физики и ее понимания. где подходит гравитация.

Один из способов использования этой технологии — это, по словам исследователей, атомный гравиметр: устройство, используемое для измерения гравитации путем мониторинга ее воздействия на отдельные атомы. Фактически, если проделать больше работы, он может превзойти современные гравиметры по своей чувствительности.

«Наша текущая работа направлена ​​на совершенствование этих систем, чтобы раскрыть весь потенциал этой технологии», — говорит Твамли.

>

Исследование опубликовано в журнале Applied Physics Letters.