Fysikere bygger verdens første magnetslange til transmission af magnetiske felter

En af de vigtigere egenskaber ved elektromagnetiske bølger er, at de kan transmitteres over næsten ubegrænset afstand. Det samme kan dog ikke siges om magnetiske felter.

Indvirkningen af ​​magnetisme i videnskaben er begrænset af en tilsyneladende uoverstigelig begrænsning: magnetiske felter henfalder hurtigt med afstanden fra kilderne, siger Carles Navau ved det autonome universitet i Barcelona og et par venner.

Det ser ud til at ændre sig. Disse fyre siger, at de har opdaget, hvordan man transmitterer magnetiske felter over lange afstande ved hjælp af en 'magnetslange'. De har endda demonstreret teknikken for første gang med en proof of princip-enhed.

Forskere har i mange år forsøgt at transmittere magnetiske felter over korte afstande. Transformatorer bruger for eksempel ferromagnetiske materialer med høj permeabilitet til at transmittere magnetiske felter, men kun over korte afstande, fordi feltet henfalder hurtigt.

Men nye materialer tilbyder en alternativ tilgang. I de senere år er fysikere begyndt at eksperimentere med en ny teknologi, der kan manipulere elektromagnetiske felter med meget større fleksibilitet. Såkaldt transformationsoptik gør det muligt at bøje, vride og styre disse felter på måder, som var umulige for blot få år siden. Tricket er at skabe skræddersyede materialer – metamaterialer – der interagerer med felterne på en underbølgelængdeskala, og guider dem på specifikke, forudbestemte måder.

Navau og co påpeger, at et statisk magnetfelt kan opfattes som en bølge med en uendelig bølgelængde, så i teorien burde det være muligt at styre det med et metamateriale på samme måde som elektromagnetiske bølger.

En del af deres papir er afsat til at udforske egenskaberne af et sådant materiale, og hvordan det kan bygges.

Deres konklusion er, at en magnetslange bestående af koncentriske rør af superledende og ferromagnetiske materialer burde gøre tricket. De siger, at et rør bestående af 20 koncentriske ringe, der er omkring ti gange længere, end det er bredt, skal transmittere omkring 90 procent af et magnetfelt i den ene ende til den anden. Faktisk burde et rør med kun 2 koncentriske ringe transmittere omkring 75 pct.

Disse fyre har testet denne idé med et enkelt superledende rør 7 cm langt (lavet af BiPbSrCaCuO) og fyldt med en ferromagnetisk legering (af kobolt og jern).

Under deres eksperiment opdagede de, at dette rør var revnet omkring halvvejs langs dets længde, hvilket tillod ethvert magnetfelt, det transporterede, at undslippe.

De placerede en spole ved et af rørene, der genererede et magnetfelt på 1,3 mTelsa. De målte derefter feltet, der undslap fra revnen, som 0,8 mT. Det er væsentligt højere end feltet uden slangen. Magnetfeltet er blevet ført gennem den [superledende-ferromagnetiske] magnetslange fra spolekilden op til revnepunktet, hvor det slipper ud til det ydre af slangen, siger Navau og co.

Evnen til at transmittere magnetiske felter over relativt lange afstande kan have vigtige anvendelser. Navau og venner påpeger især potentialet i kvanteinformationsenheder, hvor magnetiske felter er afgørende for at manipulere kvantebits. Dette kunne være særligt relevant i forbindelse med nitrogen-ledige farvedefektcentre i en diamant nanokrystal, som for nylig er blevet identificeret som lovende systemer til implementering af kvanteinformationsprocessorer eller kvanterepeatere, siger de.

Præcis hvordan de kan bygge og kontrollere disse magnetslanger på denne nanometerskala er endnu ikke klart. Men det er ikke uden for mulighederne, at disse enheder kan blive en vigtig muliggørende teknologi til kvanteinformationsbehandling i fremtiden.

Ref: arxiv.org/abs/1304.6300 : Magnetslange: Routing og langdistancetransport af magnetfelter

skjule