211service.com
Natuurkundigen bouwen 's werelds eerste magnetische slang voor het verzenden van magnetische velden
Een van de belangrijkste eigenschappen van elektromagnetische golven is dat ze over bijna onbeperkte afstand kunnen worden uitgezonden. Hetzelfde kan echter niet gezegd worden van magnetische velden.
De impact van magnetisme in de wetenschap wordt beperkt door een schijnbaar onoverkomelijke beperking: magnetische velden nemen snel af met de afstand tot de bronnen, zeggen Carles Navau van de Autonome Universiteit van Barcelona en een paar vrienden.
Dat lijkt te veranderen. Deze jongens zeggen dat ze hebben ontdekt hoe ze magnetische velden over lange afstanden kunnen verzenden met behulp van een 'magnetische slang'. Ze hebben de techniek zelfs voor het eerst gedemonstreerd met een proof of principle-apparaat.
Onderzoekers proberen al jaren magnetische velden over korte afstanden uit te zenden. Transformatoren gebruiken bijvoorbeeld ferromagnetische materialen met een hoge permeabiliteit om magnetische velden door te geven, maar alleen over korte afstanden omdat het veld snel vervalt.
Maar nieuwe materialen bieden een alternatieve benadering. In de afgelopen jaren zijn natuurkundigen begonnen te experimenteren met nieuwe technologieën die elektromagnetische velden met veel grotere flexibiliteit kunnen manipuleren. Met zogenaamde transformatie-optica kunnen deze velden worden gebogen, gedraaid en gestuurd op manieren die een paar jaar geleden onmogelijk waren. De truc is om op maat gemaakte materialen - metamaterialen - te maken die op een subgolflengteschaal interageren met de velden en ze op specifieke, vooraf bepaalde manieren begeleiden.
Navau en co wijzen erop dat een statisch magnetisch veld kan worden gezien als een golf met een oneindige golflengte, dus in theorie zou het mogelijk moeten zijn om het met een metamateriaal te besturen op dezelfde manier als elektromagnetische golven.
Een deel van hun paper is gewijd aan het onderzoeken van de eigenschappen van een dergelijk materiaal en hoe het kan worden gebouwd.
Hun conclusie is dat een magnetische slang, bestaande uit concentrische buizen van supergeleidende en ferromagnetische materialen, zou moeten volstaan. Ze zeggen dat een buis bestaande uit 20 concentrische ringen die ongeveer tien keer langer is dan breed, ongeveer 90 procent van een magnetisch veld aan het ene uiteinde naar het andere moet overbrengen. Inderdaad, een buis van slechts 2 concentrische ringen zou ongeveer 75 procent moeten doorlaten.
Deze jongens hebben dit idee getest met een enkele supergeleidende buis van 7 cm lang (gemaakt van BiPbSrCaCuO) en gevuld met een ferromagnetische legering (van kobalt en ijzer).
Tijdens hun experiment ontdekten ze dat deze buis ongeveer halverwege was gebarsten, waardoor elk magnetisch veld dat het transporteerde kon ontsnappen.
Ze plaatsten een spoel in een van de buizen die een magnetisch veld van 1,3 mTelsa opwekte. Vervolgens maten ze het veld dat uit de scheur ontsnapte als 0,8 mT. Dat is aanzienlijk hoger dan het veld zonder slang. Het magnetische veld is door de [supergeleidende-ferromagnetische] magnetische slang geleid vanaf de spoelbron naar het scheurpunt, waar het ontsnapt naar de buitenkant van de slang, zeggen Navau en co.
Het vermogen om magnetische velden over relatief lange afstanden uit te zenden zou belangrijke toepassingen kunnen hebben. In het bijzonder wijzen Navau en vrienden op het potentieel in kwantuminformatie-apparaten, waar magnetische velden cruciaal zijn voor het manipuleren van kwantumbits. Dit zou met name relevant kunnen zijn in de context van kleurdefectcentra voor stikstof-vacatures in een diamantnanokristal, die onlangs zijn geïdentificeerd als veelbelovende systemen voor de implementatie van kwantuminformatieprocessors, of kwantumrepeaters, zeggen ze.
Hoe ze deze magnetische slangen precies op deze nanometerschaal zouden kunnen bouwen en besturen, is nog niet duidelijk. Maar het is niet uitgesloten dat deze apparaten in de toekomst een belangrijke ondersteunende technologie kunnen worden voor de verwerking van kwantuminformatie.
Referentie: arxiv.org/abs/1304.6300 : Magnetische slang: routering en transport over lange afstand van magnetische velden