Ce graphite en lévitation pourrait changer la donne pour la science
Une équipe de chercheurs de l’Unité des machines quantiques du Collège doctoral de science et technologie d’Okinawa (OIST) au Japon a montré qu’un petit morceau de graphite « sans gravité » lévite presque parfaitement au-dessus d’une grille d’aimants.
Image d’entête : la plaque composite en graphite oscille au-dessus des aimants pendant une longue période, mais perd de l’énergie avec le temps en raison du frottement de l’air. (Collège doctoral de science et technologie d’Okinawa – OIST)
Outre la démonstration fascinante de la lévitation magnétique ou sustentation électromagnétique, la plate-forme des chercheurs ne dépend d’aucune source d’énergie externe, comme l’explique une nouvelle étude (lien plus bas), ce qui la rend parfaitement adaptée au développement d’une nouvelle génération de capteurs très sensibles destinés à des usages scientifiques et grand public.
L’équipe a créé une plate-forme flottante composée de billes de graphite revêtues d’une poudre chimique et d’un ensemble d’aimants disposés en grille.
Leur nouveau système améliore les précédentes itérations en renonçant à toute énergie externe.
Le graphite est diamagnétique, ce qui signifie qu’il s’oppose aux champs magnétiques. En plaçant une fine tranche de ce matériau au-dessus d’un matériau ferromagnétique approprié, on peut créer une petite plate-forme qui n’a aucun lien avec son environnement. En supprimant tout l’air environnant, les galettes de carbone en suspension peuvent être efficacement isolées des chocs et des secousses de pratiquement toutes les particules en collision, ce qui les isole de leur environnement.
Des billes de graphite ont été combinées avec de la silice et du polyéthylène glycol. (Tian et col./ Applied Physics Letters)
Cela devrait permettre de détecter toutes sortes de choses, de l’attraction gravitationnelle aux activités quantiques, mais les courants électriques à l’intérieur des couches de graphite obligent le système à perdre de l’énergie par le biais de l’énergie cinétique, ou « eddy damping« . Plus la plaquette est grande, plus cet effet est important. C’est pourquoi la lévitation magnétique n’est pas encore apparue comme un moyen de développer des capteurs avancés.
Toutefois, en minimisant l’ampleur des mouvements du petit morceau de graphite, l’équipe espère permettre la mise au point de capteurs capables de détecter les variations de gravité au niveau atomique.
Selon Jason Twamley, chef de l’équipe et chercheur en machines quantiques à l’OIST :
La chaleur provoque des mouvements, mais en surveillant en permanence et en fournissant un retour d’information en temps réel sous la forme d’actions correctives au système, nous pouvons réduire ces mouvements. En contrôlant activement l’amortissement, nous réduisons l’énergie cinétique du système, ce qui le refroidit efficacement.
En conséquence, la plateforme pourrait », toujours selon Twamley, “surpasser les gravimètres atomiques les plus sensibles développés à ce jour”. Il s’agit d’instruments de pointe qui utilisent le comportement des atomes pour mesurer précisément la gravité.
La plaque est suspendue au-dessus d’aimants à pôles nord et sud alternés. Le système est isolé des vibrations et maintenu dans un environnement à vide poussé. Un miroir est utilisé pour surveiller le mouvement vertical (position et vitesse) de la plaque et une boucle de rétroaction est utilisée pour diminuer son mouvement. (Collège doctoral de science et technologie d’Okinawa – OIST)
L’équipe s’efforce à présent d’éliminer davantage de perturbations externes telles que les vibrations, les champs magnétiques et les bruits électriques afin d’améliorer leur système.
Par exemple, une telle technologie pourrait être utilisée pour améliorer les oscillateurs mécaniques, qui sont utilisés pour mesurer les mouvements périodiques dans tous les domaines, des horloges aux circuits radio.
L’étude publiée dans Applied Physics Letters : Feedback cooling of an insulating high-Q diamagnetically levitated plate et présentée sur le site du Collège doctoral de science et technologie d’Okinawa : Innovative magnetic levitation: New material offers potential for unlocking gravity-free technology.