Cercetătorii dezvoltă o metodă de „sculptare magnetică” cu precizie matematică
Câmpurile magnetice sunt invizibile, dar esențiale în tehnologii precum aparatele RMN, acceleratoarele de particule, ceasurile atomice și viitoarele computere cuantice. Fiecare dintre aceste aplicații necesită câmpuri magnetice cu forme și proprietăți specifice. Până acum, crearea unor astfel de câmpuri presupunea proiectarea unor magneți specializați sau a unor sisteme mari de bobine, optimizate pentru fiecare aplicație în parte.
O echipă de fizicieni de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) și Universitatea de Tehnologie Chalmers a dezvoltat o metodă care permite transformarea câmpului magnetic provenit de la o singură sursă, cum ar fi o bobină sau un magnet permanent, într-o gamă largă de câmpuri magnetice predeterminate, cu precizie matematică exactă. Metoda, denumită omniconversie magnetică, ar putea permite utilizarea unor surse magnetice simple într-o varietate de aplicații importante. Rezultatele au fost publicate în revista Science Advances.
„Aceasta este o metodă universală care elimină limitările anterioare privind precizia cu care un câmp magnetic existent poate fi transformat în altul”, afirmă Witlef Wieczorek, profesor de tehnologie cuantică la Chalmers și coautor al studiului.
Un „sculptor magnetic” cu precizie matematică
Crearea câmpurilor magnetice cu o formă specifică, cum ar fi câmpurile uniforme sau cvadrupolare, necesită de obicei magneți construiți special sau sisteme avansate de bobine, optimizate pentru un anumit scop. „Folosind combinații de bobine, este posibil să aproximăm un câmp magnetic dorit cu mare precizie, dar cu omniconversia magnetică câmpul generat este exact din punct de vedere matematic”, explică Fabian Resare, doctorand în tehnologie cuantică la Chalmers și coautor al studiului.
Omniconversia magnetică funcționează ca un fel de sculptor magnetic. Combinând materiale care atrag sau resping câmpurile magnetice, precum materiale feromagnetice și superconductoare, cercetătorii pot direcționa și remodela un câmp magnetic exact în forma dorită. Atunci când aceste materiale sunt aranjate într-o geometrie calculată cu atenție, ele determină modul în care câmpul magnetic este distribuit în spațiu. Astfel, câmpul provenit de la o sursă simplă poate fi transformat în aproape orice alt câmp magnetic, cu mare precizie.
Demonstrație experimentală și perspective tehnologice
Pentru a demonstra metoda experimental, cercetătorii au construit un prototip capabil să transforme câmpul magnetic neuniform al unei bobine simple într-un câmp aproape perfect uniform. Dispozitivul a constat dintr-un tub de aluminiu superconductoare și componente din fontă, fabricate de Lars Jönsson de la atelierul mecanic al Departamentului de Microtehnologie și Nanostiință.
Când dispozitivul a fost răcit la temperaturi sub 1 kelvin, aproape de zero absolut, măsurătorile au arătat că câmpul magnetic din interiorul dispozitivului corespundea îndeaproape calculelor cercetătorilor, oferind o dovadă experimentală importantă a conceptului. Echipa a depus o cerere de brevet pentru tehnologie și speră ca metoda să găsească aplicații practice în societate și cercetare.
„Sperăm că abordarea noastră de omniconversie magnetică va contribui la dezvoltarea de instrumente avansate pentru tehnologiile cuantice și alte domenii în care controlul spațial precis al câmpurilor magnetice este esențial”, spune Wieczorek.
