Μικροσκοπικός αιωρούμενος μαγνήτης σπάει ρεκόρ περιστροφής σε υπεραγωγό

Ένας μικροσκοπικός μαγνήτης που αιωρείται μέσα σε παγιδευτήρα υπεραγωγού μπορεί να είναι το ταχύτερα περιστρεφόμενο αντικείμενο που φαίνεται με γυμνό μάτι και ένα από τα ταχύτερα που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Το εύρημα δημοσιεύτηκε από το New Scientist και, στο μέλλον, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε πειράματα αναζήτησης σωματιδίων σκοτεινής ύλης, αλλά και στην ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών.

Οι υπεραγωγοί είναι υλικά που μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα με απόλυτη απόδοση και απωθούν κάθε μαγνητικό πεδίο που επιχειρεί να τα διαπεράσει, ένα φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο Meissner. Γι’ αυτό ένας μαγνήτης που τοποθετείται πάνω από έναν υπεραγωγό δέχεται απωστικές μαγνητικές δυνάμεις και αρχίζει να αιωρείται. Ο Tao Wang από το Agency for Science Technology and Research στη Σιγκαπούρη και οι συνεργάτες του κατάφεραν να βάλουν έναν τέτοιο αιωρούμενο μαγνήτη να περιστραφεί με ταχύτητα χωρίς προηγούμενο.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν σφαιρικό μαγνήτη από νεοδύμιο, σίδηρο και βόριο, με διάμετρο περίπου 30 μικρόμετρα, δηλαδή περίπου όσο το πάχος μιας λεπτής ανθρώπινης τρίχας. Τον τοποθέτησαν σε κυλινδρικό δοχείο από μόλυβδο και στη συνέχεια έβαλαν το δοχείο σε θάλαμο χωρίς αέρα, δηλαδή σε θάλαμο κενού.

Έπειτα χρησιμοποίησαν υγρό ήλιο για να ψύξουν όλο το σύστημα σε περίπου -269°C (-452°F), μόλις λίγους βαθμούς πάνω από την απόλυτη ελάχιστη θερμοκρασία. Σε αυτές τις ακραίες συνθήκες, ο μόλυβδος συμπεριφέρθηκε ως υπεραγωγός και η απουσία αέρα επέτρεψε στον μαγνήτη να αιωρείται χωρίς να συγκρούεται με σωματίδια. Η ομάδα έθεσε τον μαγνήτη σε περιστροφή με ένα μαγνητικό πηνίο, φτάνοντας τελικά αυτό το μικροσκοπικό ρότορα στις 138 εκατομμύρια στροφές το λεπτό.

Ο Wang αναφέρει ότι η περιστροφή του μαγνήτη ήταν και πολύ σταθερή: θα χρειάζονταν 17 ημέρες για να μειωθεί η ταχύτητά της κατά 50%, κάτι που συνήθως θα συνέβαινε πιο γρήγορα λόγω αλληλεπιδράσεων μεταξύ του μαγνήτη και του περιβάλλοντός του. «Ως προς το πόσες στροφές κάνει πριν επιβραδυνθεί αισθητά, βρίσκεται στην ίδια κατηγορία με την περιστροφή της Γης», λέει. «Μέχρι στιγμής, αυτός είναι ο ταχύτερος μαγνητικά αιωρούμενος ρότορας». Το ρεκόρ για το ταχύτερα περιστρεφόμενο ανθρώπινο αντικείμενο κατέχει επίσης μια αιωρούμενη σφαίρα, αλλά εκείνη ήταν νανομετρικού μεγέθους, αόρατη με γυμνό μάτι και αιωρούνταν με ακτίνες λέιζερ.

Επειδή ο ρότορας πρακτικά δεν υφίσταται τριβές και είναι μαγνητικός και ψυχρός, η συμπεριφορά του είναι πολύ ευαίσθητη στο περιβάλλον, κάτι που τον καθιστά πολλά υποσχόμενο αισθητήρα. Η ομάδα έχει ήδη δοκιμάσει με επιτυχία τη χρήση του ως μετρητή κενού σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Ο Wang λέει ότι αυτό θα μπορούσε να φανεί χρήσιμο σε κατασκευαστές κβαντικών υπολογιστών, οι οποίοι συχνά πρέπει να διατηρούνται εξαιρετικά ψυχροί και απομονωμένοι για να λειτουργήσουν.

Ο Benjamin Stickler από το Πανεπιστήμιο του Ulm στη Γερμανία λέει ότι ο αιωρούμενος περιστρεφόμενος μαγνήτης θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ακριβή ανίχνευση και μέτρηση μαγνητικών πεδίων.

Θα μπορούσε ακόμη να αποτελέσει υποσχόμενη πλατφόρμα για δοκιμές θεμελιώδους φυσικής, όπως η αναζήτηση φαινομένων που σχετίζονται με σωματίδια σκοτεινής ύλης ή η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων σε μέχρι σήμερα ανεξερεύνητες συχνότητες, λέει το μέλος της ομάδας Andrea Vinante από το National Research Council στην Ιταλία. Επιπλέον, σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες κυριαρχούν τα κβαντικά φαινόμενα, οπότε θα μπορούσε ακόμη και να αξιοποιηθεί για έρευνες στην κβαντομηχανική και στη σχέση της με τη βαρύτητα σε κλίμακες μικρόμετρων, προσθέτει.

Πηγή: newscientist.com.