(Phys.org) - Se ha demostrado la levitación magnética para una variedad de objetos, de trenes a ranas, pero hasta ahora nadie ha desarrollado un actuador práctico basado en levitación magnética que convierta alguna fuente externa de energía en movimiento. Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han utilizado por primera vez un láser para controlar el movimiento de un disco de grafito que levita magnéticamente. Al cambiar la temperatura del disco, el láser puede cambiar la altura de levitación del disco y moverlo en una dirección controlada, que tiene el potencial de ampliarse y utilizarse como un sistema de transporte humano impulsado por la luz. La luz láser o la luz solar también pueden hacer que el disco levitante gire a más de 200 rpm, lo que podría conducir a un nuevo tipo de sistema de conversión de energía luminosa.

Los investigadores, Dr. Masayuki Kobayashi y el profesor Jiro Abe de la Universidad Aoyama Gakuin en Kanagawa, Japón (Abe también está en CREST, Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología en Tokio), han publicado su estudio sobre el control óptico del movimiento del grafito de levitación magnética en un número reciente de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"El punto más importante de este trabajo es el logro de una técnica de control de movimiento en tiempo real que puede mover un material diamagnético levitando magnéticamente sin contacto por primera vez en el mundo, "Abe dijo Phys.org . "Debido a que esta técnica es muy simple y fundamental, se espera que se aplique a diversas técnicas de la vida diaria, como sistemas de transporte y entretenimiento, así como fotoactuadores y sistemas de conversión de energía luminosa ".

Como explican los investigadores, La levitación magnética ocurre debido al diamagnetismo de un objeto, que repele los campos magnéticos. Aunque todos los materiales tienen algo de diamagnetismo, suele ser demasiado débil para permitirles levitar magnéticamente. La levitación magnética solo ocurre cuando las propiedades diamagnéticas de un material son más fuertes que sus propiedades ferromagnéticas y paramagnéticas (que atraen campos magnéticos). Uno de los materiales diamagnéticos más fuertes es el grafito.

Para levitar magnéticamente, La fuerza magnética total de un objeto no solo debe ser repulsiva, pero la repulsión también debe ser más fuerte que la fuerza de la gravedad. La altura a la que levita un material diamagnético puede controlarse mediante dos factores:el campo magnético aplicado y las propiedades diamagnéticas propias del material. La posición de levitación de los materiales diamagnéticos se ha controlado previamente cambiando el campo magnético aplicado, pero hasta ahora nadie ha controlado con éxito el movimiento maglev de la segunda forma, cambiando las propiedades diamagnéticas del material con un estímulo externo como la temperatura, luz, o sonido.

Aquí, los investigadores hicieron precisamente eso mediante el uso de un láser para controlar reversiblemente la temperatura de un disco de grafito que levita sobre un bloque de imanes permanentes. Demostraron que, a medida que aumenta la temperatura del grafito, su altura de levitación disminuye, y viceversa. Los investigadores explican que el cambio de temperatura provoca un cambio en la susceptibilidad magnética del grafito, o el grado en que su magnetización reacciona a un campo magnético aplicado. A nivel atómico, el láser aumenta el número de electrones excitados térmicamente en el grafito debido al efecto fototérmico. Cuantos más de estos electrones, cuanto más débiles sean las propiedades diamagnéticas del grafito y menor su altura de levitación.

Además de controlar la altura del grafito maglev, los investigadores descubrieron que también podían hacer que el grafito se moviera en cualquier dirección y rotarlo cambiando el sitio de irradiación. Mientras que el láser se apuntó justo en el centro del disco de grafito al controlar su altura, apuntar al borde del disco cambia la distribución de temperatura, y así distribución de susceptibilidad magnética, de tal manera que la fuerza de repulsión se desequilibra y el grafito se mueve en la misma dirección que el haz de luz.

Para rotar el disco de grafito levitando, los investigadores reemplazaron los imanes rectangulares en forma de prisma debajo del disco con una pila de imanes de forma cilíndrica, y nuevamente apuntó el láser al borde del disco. La distribución de temperatura distorsionada hace que el disco de grafito levitante gire, con la dirección y la velocidad de rotación dependiendo del sitio de irradiación. La rotación también ocurre cuando la instalación está expuesta a la luz solar. Al convertir la energía solar en energía rotacional, el disco puede alcanzar una velocidad de rotación de más de 200 rpm, lo que podría hacerlo útil para aplicaciones como turbinas de accionamiento óptico.

Los investigadores predicen que la capacidad de controlar el movimiento basado en maglev con un láser podría conducir al desarrollo de actuadores basados ​​en maglev y sistemas de conversión de energía solar fototérmica. Las aplicaciones pueden incluir un bajo costo, sistema de generación de energía respetuoso con el medio ambiente y un nuevo tipo de sistema de transporte impulsado por la luz.

"En este momento, estamos planeando desarrollar una pala de turbina maglev adecuada para este sistema, "Abe dijo." En este caso, Se predice que la fricción interrumpe la rotación de la turbina de levitación magnética. Por lo tanto, nos gustaría desarrollar un sistema de conversión de energía luminosa con una alta eficiencia de conversión de energía con referencia a la técnica denominada MEMS (Sistemas Microelectromecánicos).

"En cuanto al actuador, el grafito de levitación magnética puede transportar cualquier cosa que tenga casi el mismo peso que el disco de grafito levitante. Entonces, si se logra la expansión de escala del sistema de fotoaccionador, no es un sueño que un humano en el grafito maglev pueda conducir por sí mismo ".

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