日本沖繩科學技術(shù)大學院大學科學家成功研制出一種近乎零摩擦的可自由懸浮旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子。這一成果解決了長期困擾宏觀懸浮系統(tǒng)的“渦流阻尼”問題，為高精度測量和量子研究開辟了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《通訊·物理》雜志。
人們看到物體飄浮在空中會驚嘆不已，而科學家則將這種“失重”狀態(tài)視為隔絕外界干擾的一種理想方式。對科學家而言，懸浮可將實驗對象與外界干擾隔離，尤其在涉及轉(zhuǎn)子等精密測量裝置時意義重大。轉(zhuǎn)子的扭矩和角動量可用于測量重力、氣壓、動量等物理量，但摩擦和阻力往往會干擾測量。若能讓轉(zhuǎn)子在無接觸、自由懸浮的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，就能顯著提升實驗精度。
與依賴復(fù)雜光學或電學系統(tǒng)的微尺度裝置不同，宏觀系統(tǒng)可在常溫下實現(xiàn)磁懸浮，結(jié)構(gòu)更簡單、環(huán)境適應(yīng)性更強。然而，這類系統(tǒng)長期受渦流阻尼限制。導(dǎo)體在非均勻磁場中運動時會產(chǎn)生環(huán)狀電流，形成抵抗運動的磁場，類似“磁性摩擦”，導(dǎo)致能量損耗和信號干擾。
此次，團隊利用直徑約1厘米的石墨圓盤和稀土磁體，設(shè)計出抗磁懸浮轉(zhuǎn)子。通過實驗和數(shù)學分析證明，只要系統(tǒng)具備完美軸對稱性，就能完全消除渦流阻尼。如果能進一步減緩旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)子運動將進入量子態(tài)，為宏觀量子研究提供新平臺。
最新設(shè)計在理想條件下徹底消除了渦流阻尼。團隊表示，改進后的自由懸浮轉(zhuǎn)子有望成為毫米級乃至微米級高精度傳感器核心部件，可用于高靈敏度陀螺儀，也可在低溫下進入量子態(tài)，用于探索真空引力效應(yīng)等宏觀量子現(xiàn)象。
日本沖繩科學技術(shù)大學院大學科學家成功研制出一種近乎零摩擦的可自由懸浮旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子。這一成果解決了長期困擾宏觀懸浮系統(tǒng)的“渦流阻尼”問題，為高精度測量和量子研究開辟了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《通訊·物理》雜志。
人們看到物體飄浮在空中會驚嘆不已，而科學家則將這種“失重”狀態(tài)視為隔絕外界干擾的一種理想方式。對科學家而言，懸浮可將實驗對象與外界干擾隔離，尤其在涉及轉(zhuǎn)子等精密測量裝置時意義重大。轉(zhuǎn)子的扭矩和角動量可用于測量重力、氣壓、動量等物理量，但摩擦和阻力往往會干擾測量。若能讓轉(zhuǎn)子在無接觸、自由懸浮的狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，就能顯著提升實驗精度。
與依賴復(fù)雜光學或電學系統(tǒng)的微尺度裝置不同，宏觀系統(tǒng)可在常溫下實現(xiàn)磁懸浮，結(jié)構(gòu)更簡單、環(huán)境適應(yīng)性更強。然而，這類系統(tǒng)長期受渦流阻尼限制。導(dǎo)體在非均勻磁場中運動時會產(chǎn)生環(huán)狀電流，形成抵抗運動的磁場，類似“磁性摩擦”，導(dǎo)致能量損耗和信號干擾。
此次，團隊利用直徑約1厘米的石墨圓盤和稀土磁體，設(shè)計出抗磁懸浮轉(zhuǎn)子。通過實驗和數(shù)學分析證明，只要系統(tǒng)具備完美軸對稱性，就能完全消除渦流阻尼。如果能進一步減緩旋轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)子運動將進入量子態(tài)，為宏觀量子研究提供新平臺。
最新設(shè)計在理想條件下徹底消除了渦流阻尼。團隊表示，改進后的自由懸浮轉(zhuǎn)子有望成為毫米級乃至微米級高精度傳感器核心部件，可用于高靈敏度陀螺儀，也可在低溫下進入量子態(tài)，用于探索真空引力效應(yīng)等宏觀量子現(xiàn)象。
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