Levitazione magnetica: la grafite 'galleggia' senza dipendere da fonti di energia esterne

Ci siamo scaldati per IronLev, il treno a levitazione magnetica che funziona sui binari esistenti, ma la ricerca non conosce sosta e arriva dal Giappone, precisamente dalla Quantum Machines Unit dell'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), un'interessante novità.

Il Prof. Jason Twamley, responsabile dell'unità, e il suo team di ricercatori, hanno creato una "piattaforma che galleggia nel vuoto" utilizzando la grafite e dei magneti. Di particolare importanza il fatto che questa piattaforma levitante "funziona senza dipendere da fonti di energia esterne", aspetto che potrebbe essere utile nello sviluppo di sensori ultrasensibili per misurazioni altamente precise ed efficienti. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Applied Physics Letters.

Se avete mai provato a unire due magneti con la stessa carica, sentirete una forza repulsiva. Quando il campo magnetico è sufficientemente forte, gli oggetti fatti di certi materiali (noti come materiali diamagnetici) possono levitare efficacemente al di sopra delle superfici.

La tecnologia più avanzata si avvale di superconduttori per far levitare gli oggetti più pesanti, consentendo ai veicoli maglev di viaggiare ad alta velocità con poco attrito.

Il problema è che tutte queste tecnologie richiedono fonti di energia esterne e, nel caso dei superconduttori, temperature prossime a quelle criogeniche. Il nuovo studio svolto presso l'OIST - rilanciato da New Atlas - sembra risolvere tutte le problematiche, dall'energia esterna al costo, puntando su un materiale comune, la grafite.

La grafite è altamente diamagnetica, ciò significa che può levitare sopra i magneti, ma solo per un breve periodo, in quanto il flusso delle correnti elettriche attraverso la grafite causa una perdita di energia che fa cadere l'oggetto levitante. Questo fenomeno è definito "eddy damping".

Per evitare questo fenomeno, il team ha rivestito chimicamente le particelle di grafite con la silice, che è elettricamente isolante. Il glicole polietilenico (PEG) aiuta la silice a legarsi alla superficie della grafite. Infine, le particelle di grafite rivestite sono state mescolate con cera cera e modellate in lastre diamagnetiche isolanti.

Particelle di grafite rivestite chimicamente con uno strato di silice elettricamente isolante

In questo modo, la grafite rimane diamagnetica, ma l'isolamento impedisce la perdita di energia che inficia sulla levitazione. Nei test, le piattaforme di grafite rivestite di silice sono riuscite a levitare per lunghi periodi sopra una superficie composta da magneti con poli nord e sud alternati.

Immagine al microscopio elettronico a scansione delle microsfere di grafite rivestite

Secondo il team, questo sistema di piattaforma levitante potrebbe portare a nuovi tipi di sensori che misurano forza, accelerazione e gravità. Per sensori quantistici ancora più precisi, un'altra versione usa una forza magnetica di retroazione per correggere continuamente i movimenti verticali della piattaforma, raffreddandola per ridurre la sua energia cinetica. In questo caso, però, è necessario avere un'energia esterna.