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Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Los investigadores de la Unidad de Máquinas Cuánticas del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) están estudiando materiales levitantes: sustancias que pueden permanecer suspendidas en una posición estable sin ningún contacto físico o soporte mecánico.
El tipo más común de levitación se produce a través de campos magnéticos. Objetos como superconductores o materiales diamagnéticos (materiales repelidos por un campo magnético) pueden flotar sobre imanes para desarrollar sensores avanzados para diversos usos científicos y cotidianos.
El profesor Jason Twamley, jefe de la unidad, y su equipo de investigadores del OIST y colaboradores internacionales han diseñado una plataforma flotante en el vacío utilizando grafito e imanes. En particular, esta plataforma levitante funciona sin depender de fuentes de energía externas y puede ayudar en el desarrollo de sensores ultrasensibles para mediciones altamente precisas y eficientes. Sus resultados fueron Publicado en el diario Letras de Física Aplicada.
Cuando se aplica un campo magnético externo a materiales «diamagnéticos», estos materiales generan un campo magnético en la dirección opuesta, lo que resulta en una fuerza repulsiva: se alejan del campo. Por lo tanto, los objetos fabricados con materiales diamagnéticos pueden flotar sobre campos magnéticos fuertes. Por ejemplo, en los trenes maglev, potentes imanes superconductores crean un fuerte campo magnético con materiales diamagnéticos para lograr la levitación, aparentemente desafiando la gravedad.
El grafito, la forma cristalina del carbono que se encuentra en los lápices, es fuertemente repelido por los imanes (altamente diamagnéticos). Al recubrir químicamente un polvo de esferas microscópicas de grafito con sílice y mezclar el polvo recubierto con cera, los investigadores formaron una placa cuadrada delgada de un centímetro que se cierne sobre imanes dispuestos en forma de cuadrícula.
Crear una plataforma flotante que no requiera energía externa presenta varios desafíos. El mayor factor limitante es la “amortiguación de remolinos”, que ocurre cuando un sistema oscilante pierde energía con el tiempo debido a fuerzas externas. Cuando un conductor eléctrico, como el grafito, atraviesa un potente campo magnético, sufre una pérdida de energía debido al flujo de corrientes eléctricas. Esta pérdida de energía ha desalentado el uso de la levitación magnética para desarrollar sensores avanzados.
Los científicos de OIST decidieron diseñar una plataforma que pudiera flotar y oscilar sin perder energía, lo que significa que una vez puesta en movimiento, continuará oscilando durante un largo período de tiempo, incluso sin aporte de energía adicional. Este tipo de plataforma “sin fricción” podría tener muchas aplicaciones, incluidos nuevos tipos de sensores para medir la fuerza, la aceleración y la gravedad.
Sin embargo, incluso si los científicos logran reducir la amortiguación de los remolinos, existe otro desafío: minimizar la energía cinética de la plataforma oscilante. Reducir este nivel de energía es importante por dos razones. En primer lugar, hace que la plataforma sea más sensible para su uso como sensor.
Mas informaciones:
S. Tian et al, Enfriamiento por retroalimentación de una placa aislante levitada diamagnéticamente de alta Q, Letras de Física Aplicada (2024). DOI: 10.1063/5.0189219
