日本科学家突破:石墨转子实现近乎零摩擦悬浮,开启量子研究新篇
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日本冲绳科学技术大学院大学科学家研制出近乎零摩擦的可自由悬浮旋转石墨转子,解决涡流阻尼难题,为高精度测量和量子研究开辟新途径,有望成为高精度传感器核心部件。
日本冲绳科学技术大学院大学科学家成功研制出一种近乎零摩擦的可自由悬浮旋转的石墨转子,这一创新成果攻克了长期制约宏观悬浮系统的涡流阻尼难题,为高精度测量与量子研究领域开辟了全新路径。相关研究已发表于新一期《通讯·物理》杂志,引发科学界广泛关注。
在精密测量场景中,悬浮技术可将实验对象与外界干扰隔离,尤其对转子类装置至关重要。传统转子在测量重力、气压等物理量时,常因摩擦和阻力导致数据偏差。而自由悬浮转子通过无接触运转,可显著提升实验精度,成为科学家追求的理想工具。
不同于依赖复杂光学或电学系统的微尺度装置,宏观悬浮系统通过磁悬浮技术实现常温运行,具有结构简单、环境适应性强的优势。然而,导体在非均匀磁场中运动时产生的环状电流会形成“磁性摩擦”,导致能量损耗和信号干扰,这一涡流阻尼效应长期制约着系统性能。
此次研究团队采用直径约1厘米的石墨圆盘与稀土磁体,设计出抗磁悬浮转子。实验与数学分析证实,当系统具备完美轴对称性时,可彻底消除涡流阻尼。若进一步减缓旋转速度,转子运动将进入量子态,为宏观量子研究提供全新平台。
最新设计在理想条件下实现了涡流阻尼的完全消除。改进后的自由悬浮转子有望成为毫米级乃至微米级高精度传感器的核心部件,不仅可用于高灵敏度陀螺仪,还能在低温环境下进入量子态,助力探索真空引力效应等宏观量子现象。(文章来源:科技日报)
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