Metamateriaali magneettikentän parantamiseksi

Duke-yliopiston (Durham, Pohjois-Carolina, USA) professori Jaroslav Urzhumov ehdotti menetelmää sähkömagneettisten aaltojen magneettisen komponentin vahvistamiseksi lisäämättä niiden sähkökomponenttia. Tosiasia, että magneettikenttien biologiset kudokset ovat läpinäkyviä, ja olisi hyödyllistä oppia vahvistamaan sähkömagneettisten aaltojen magneettista komponenttia.

Tämä avaa tien turvallisten levitaatiojunien luomiseen, uusien langattomien energiansiirtojärjestelmien rakentamiseen ja monien muiden ongelmien ratkaisuun, joissa tarvitaan voimakkaita vuorottelevia magneettikenttiä, ja samalla sen tulisi olla turvallinen ihmisille. Uudet järjestelmät ovat taloudellisempia ja turvallisempia kuin nykyiset analogit.

Halutun tuloksen saavuttamiseksi Jaroslav Urzhumov ehdotti magneettisesti aktiivisen metamateriaalin käyttöä, jonka ansiosta on mahdollista saada aikaan riittävän voimakkaita magneettikenttiä suhteellisen pienellä virralla. Tällainen ratkaisu vähentäisi sähkökenttiä, jotka ovat tässä tapauksessa parasiittisia, ja luovat turvallisia ja tehokkaita sähkömagneettisia järjestelmiä.

Jaroslavin ja hänen kollegoidensa suorittama numeerinen mallinnus osoitti, että negatiivisen magneettisen permeabiliteetin omaavien metamateriaalien perusteella luodut makroskooppiset esineet kykenevät vahvistamaan magneettivoimia matalataajuuksisissa kentissä useissa olosuhteissa. Tutkijat kutsuivat tätä ilmiötä magnetostaattiseksi pintaresonanssiksi, joka on periaatteessa samanlainen kuin optiikassa esiintyvä plasmonin pintaresonanssi, joka ilmenee materiaaleissa, joiden dielektrisyysvakio on negatiivinen.

Tutkijoiden mallinntama metamateriaali, jolle on ominaista erittäin korkea, erityinen anisotropia, on negatiivinen magneettinen läpäisevyys yhteen suuntaan, ja kaikkiin muihin suuntiin magneettinen läpäisevyys on positiivinen. Laskelmien perusteella valmistetut esineet pystyvät voimakkaasti kasvattamaan magneettikenttää tarkalleen resonanssin takia.

Tämän ilmiön soveltaminen magneettisiin levitaatiojärjestelmiin lisää nostettujen esineiden massaa moninkertaisesti, ja sähkön kustannukset perinteisiin vastaaviin verrattuna eivät kasva. Kehityksen kirjoittaja, Moskovan fysiikan ja tekniikan instituutin entinen opiskelija Jaroslav Uržumov on varma menestyksestä.

Uudet sähkömagneettisten kenttien epätavallisen magneettisten voimien hallintajärjestelmät voivat toimia muilla alueilla, kuten pienet optiset pinsetit atomien pitämiseksi tai uusimmat sähkömagneettiset aseet. Tähän voi kuulua myös WiTricity-tekniikkajärjestelmätpalvelee langatonta energian siirtoa voimakkaan sykkivän magneettikentän kautta, joka on täysin vaaraton sekä ihmisille että eläimille.

Jaroslavin mallien mukaisesti ryhmä kokeilijoita Boston Collegessa (Boston, Massachusetts, USA) luo prototyypin tällaisesta metamateriaalista, voidaan sanoa, magneettinen vahvistin.

Mitä tulee magneettikenttien kautta tapahtuvaan langattomaan siirtoon, äskettäin yhdessä Toyota-instituutin kanssa Jaroslav Urzhumovin ryhmä osoitti erittäin käytännöllisen sähkön siirron etäisyydeltä matalataajuisten magneettikenttien kautta.

Lähetystehokkuuden parantamiseksi tutkijat rakensivat neliön superlenssin, joka oli sijoitettu lähettimen ja vastaanottimen väliin. Nelikulmainen linssi koostui monista paloista, jotka oli päällystetty spiraalijohtimilla. Tuloksena olevat rakenteet, joissa on metamateriaalin ominaisuuksia ja jotka ovat vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa, siirsivät energiaa kapeassa kartiossa maksimaalisen intensiteetin kanssa.

Käämiö - lähetin - asetettiin superlensien yhdelle puolelle, jota pitkin vaihtovirta johdettiin muodostaen vuorottelevan magneettikentän. Tämä magneettikenttä, kuten odotettiin, laski sen intensiteettiä suhteessa etäisyyteen neliöstä etälähettimestä, mutta superlenssien ansiosta lähetin, joka sijaitsee sen toisella puolella, sai riittävän määrän energiaa jopa 30 cm: n etäisyydeltä. Ilman välilinssiä käyttämättä lähetysetäisyys ei ylittänyt 7 6 cm

Tutkija sanoi, että tällainen langaton lähetys metamateriaaleilla tapahtui jo Mitsubishi Electricin laboratoriossa, mutta vain etäisyydellä, joka ei ylitä lähettimen kokoa. Nyt tarkasti magneettikenttiä käyttämällä saavutetaan korkea turvallisuus ja tehokkuus. Suurin osa materiaaleista ei absorboi voimakkaasti magneettikenttiä, lisäksi enintään 3 T: n induktion aiheuttamat magneettikentät ovat turvallisia ja niitä käytetään jo tomografiassa.

Jatkossa tällä perusteella luodaan langattomat mini-vempaimet elektronisille laitteille. Superlinssit tarkentavat magneettikenttiä tietyn laitteen lataamiseksi, ja objektiivin parametrit voivat muuttua, ja tarkennus liikkuu avaruudessa esimerkiksi seuraamalla älypuhelinta, jota sen omistaja kantaa huoneen ympäri, jatkuvasti vaihtamalla sijaintia.

Katso myös aiheesta:

Löytöhistoria ja magnetismin luonne

Magneettinen levitaatio. Mikä se on ja miten se on mahdollista?

Faraday-häkki. Työ ja sovellus

Langaton voimansiirto - Perusmenetelmät