Японцы создали плавучий «ковер» из графита

Исследователи из Киотского университета создали материал на основе графита, который может стабильно левитировать в магнитном поле — той же силе, которая заставляет некоторые вещества слегка отталкиваться магнитом. Результаты были опубликованы в журнале Analysis & Sensing.

Почему раньше графит не левитировал стабильно?

Долгое время мешала электропроводность самого графита - токи внутри материала гасили левитацию. Раньше частицы пытались накрыть стеклом, чтобы заблокировать ток, и это действительно сработало. Но решение имело свою цену — частицы под таким покрытием вращались в произвольных, случайных направлениях, и из-за этого общая подъемная сила материала заметно ослабевала.

Решение нашла команда, которая фактически занималась другой задачей - созданием монокристаллических аналогов различных веществ из мелкодисперсных порошков, выравнивая микрокристаллы в одном общем направлении. Ученые специализировались на спектроскопии ядерного магнитного резонанса, но столкнувшись с проблемой левитации графита, поняли, что накопленный ими опыт вполне способен помочь решить эту загадку.

«Меня привлек феномен диамагнитной левитации, потому что он показался мне несколько нелогичным и даже экзотическим», — говорит ведущий автор исследования Казуюки Такеда. «Меня забавляет объект, плывущий бесшумно, без какого-либо активного воздействия, в отличие от птицы, хлопающей крыльями».

Как вам удалось выровнять частицы графита?

Команда уже знала, как выравнивать диамагнитные частицы в одном направлении — фокусируясь на энергии в зависимости от ориентации частицы и создавая магнитное поле с благоприятным минимумом энергии, которое поворачивало частицы в нужном направлении, как будто выстраивая их по невидимой команде.

Чтобы применить этот метод к графиту, ученые сначала химически покрыли каждую частицу тонким слоем стекла, чтобы блокировать проводимость, затем смешали частицы с вязкой водой в суспензию и вылили смесь в форму со сверхпроводящим магнитом. Чашку вращали с точно установленной скоростью, чтобы вязкость жидкости и сила магнитного поля работали вместе, выравнивая частицы в одном и том же направлении, а затем суспензии давали медленно высохнуть, превращая ее в твердую тонкую пластину.

Так получилось гибридное вещество на основе графита, частицы которого одновременно изолированы друг от друга слоем стекла и при этом аккуратно выровнены. Как отмечают авторы, при проверке диамагнитных свойств пластина показала устойчивую левитацию над постоянными магнитами. Подавленная электропроводность позволяла ему плавно колебаться в воздухе в течение длительного времени, почти не теряя энергии, напоминая миниатюрный ковер-самолет, зависший над столом.

Неожиданный побочный эффект — датчик землетрясения

Исследователи планируют связать эту разработку с новыми методами обнаружения, основанными на ядерном магнитном резонансе и магнитно-резонансной томографии, то есть МРТ. Левитирующий материал уже зарекомендовал себя как перспективная платформа для сенсорных устройств, способных обнаруживать слабые внешние воздействия там, где обычные датчики бессильны.

"Во время записи движения левитирующей пластины произошло настоящее землетрясение. Когда она подпрыгивала вверх и вниз, мы зафиксировали огромный импульс", - говорит Такеда. «Это случайно стало нашим первым событием, которое позволило нам зафиксировать землетрясение».

Оказывается, обычный кусок графита, парящий над магнитом, случайно превратился в чувствительное устройство, способное обнаруживать вибрации в земной коре - открытие, которое никто из команды изначально не планировал.