Fysiker bygger världens första magnetslang för att överföra magnetfält

En av de viktigaste egenskaperna hos elektromagnetiska vågor är att de kan sändas över nästan obegränsade avstånd. Detsamma kan dock inte sägas om magnetfält.

Effekten av magnetism i vetenskapen begränsas av en till synes oöverstiglig begränsning: magnetiska fält avtar snabbt med avståndet från källorna, säger Carles Navau vid det autonoma universitetet i Barcelona och några kompisar.

Det ser ut att förändras. Dessa killar säger att de har upptäckt hur man överför magnetiska fält över långa avstånd med hjälp av en 'magnetslang'. De har till och med demonstrerat tekniken för första gången med en principiell enhet.

Forskare har försökt sända magnetfält över korta avstånd i många år. Transformatorer använder till exempel ferromagnetiska material med hög permeabilitet för att överföra magnetfält, men bara över korta avstånd eftersom fältet avtar snabbt.

Men nya material erbjuder ett alternativt tillvägagångssätt. Under de senaste åren har fysiker börjat experimentera med en ny teknik som kan manipulera elektromagnetiska fält med mycket större flexibilitet. Så kallad transformationsoptik gör att dessa fält kan böjas, vridas och styras på sätt som var omöjliga för bara några år sedan. Tricket är att skapa skräddarsydda material – metamaterial – som interagerar med fälten på en subvåglängdsskala och vägleder dem på specifika, förutbestämda sätt.

Navau och co påpekar att ett statiskt magnetfält kan ses som en våg med en oändlig våglängd så i teorin borde det vara möjligt att styra det med ett metamaterial på samma sätt som elektromagnetiska vågor.

En del av deras papper ägnas åt att utforska egenskaperna hos ett sådant material och hur det kan byggas.

Deras slutsats är att en magnetslang som består av koncentriska rör av supraledande och ferromagnetiska material borde göra susen. De säger att ett rör som består av 20 koncentriska ringar som är ungefär tio gånger längre än vad det är brett, ska överföra ungefär 90 procent av ett magnetfält i ena änden till den andra. Faktum är att ett rör med bara 2 koncentriska ringar borde sända cirka 75 procent.

Dessa killar har testat den här idén med ett enda supraledande rör 7 cm långt (tillverkat av BiPbSrCaCuO) och fyllt med en ferromagnetisk legering (av kobolt och järn).

Under deras experiment upptäckte de att det här röret var sprucket ungefär halvvägs längs sin längd, vilket gjorde att alla magnetfält som det transporterade kunde fly.

De placerade en spole vid ett av rören som genererade ett magnetfält på 1,3 mTelsa. De mätte sedan fältet som flydde från sprickan som 0,8 mT. Det är betydligt högre än fältet utan slang. Magnetfältet har letts genom den [supraledande-ferromagnetiska] magnetslangen från spolkällan upp till sprickpunkten, där det strömmar ut till slangens utsida, säger Navau och co.

Förmågan att överföra magnetfält över relativt långa avstånd kan ha viktiga tillämpningar. Navau och kompisar pekar särskilt på potentialen i kvantinformationsenheter, där magnetfält är avgörande för att manipulera kvantbitar. Detta kan vara särskilt relevant i samband med kvävevakansfärgdefektcentra i en diamantnanokristall, som nyligen har identifierats som lovande system för implementering av kvantinformationsprocessorer, eller kvantrepeterare, säger de.

Exakt hur de kan bygga och styra dessa magnetslangar på denna nanometerskala är ännu inte klart. Men det är inte bortom möjligheterna att dessa enheter kan bli en viktig möjliggörande teknik för kvantinformationsbehandling i framtiden.

Ref: arxiv.org/abs/1304.6300 : Magnetslang: Ledning och långdistanstransport av magnetfält

Dölj