Métamatériau pour améliorer les champs magnétiques

Professeur à l'Université Duke (Durham, Caroline du Nord, États-Unis), Yaroslav Urzhumov a proposé une méthode pour amplifier la composante magnétique des ondes électromagnétiques sans augmenter leur composante électrique. Le fait est que les tissus biologiques des champs magnétiques sont transparents et il serait utile d'apprendre à renforcer la composante magnétique des ondes électromagnétiques.

Cela ouvrirait la voie à la création de trains à lévitation sûrs, à la construction de nouveaux systèmes de transmission d'énergie sans fil et à la solution d'un certain nombre d'autres problèmes nécessitant des champs magnétiques alternatifs puissants, tout en étant sûrs pour les humains. Les nouveaux systèmes seront plus économiques et plus sûrs que les analogues existants.

Pour obtenir le résultat souhaité, Yaroslav Urzhumov a proposé l'utilisation de métamatériaux magnétiquement actifs, grâce auxquels il est possible d'obtenir des champs magnétiques suffisamment puissants en utilisant un courant relativement faible. Une telle solution réduirait les champs électriques, qui sont parasites dans ce cas, et créerait des systèmes électromagnétiques sûrs et puissants.

La modélisation numérique réalisée par Yaroslav et ses collègues a montré que les objets macroscopiques créés à partir de métamatériaux de perméabilité magnétique négative sont capables d'amplifier les forces magnétiques dans les champs à basse fréquence dans un certain nombre de conditions. Les chercheurs ont appelé ce phénomène une résonance magnétostatique de surface, qui est similaire en principe à la résonance de surface plasmon se produisant dans l'optique, qui se manifeste dans les matériaux à constante diélectrique négative.

Le métamatériau modélisé par les scientifiques, caractérisé par une anisotropie spéciale très élevée, a une perméabilité magnétique négative dans une direction, et dans toutes les autres directions, la perméabilité magnétique est positive. A en juger par les calculs, les objets fabriqués pourront augmenter fortement le champ magnétique précisément en raison de la résonance.

L'application de ce phénomène dans les systèmes de lévitation magnétique augmentera de nombreuses fois la masse des objets soulevés et le coût de l'électricité, par rapport aux analogues traditionnels, n'augmentera pas. L'auteur du développement, ancien élève de l'Institut de physique et de technologie de Moscou, Yaroslav Urzhumov est sûr de réussir.

De nouveaux systèmes de contrôle inhabituel des forces magnétiques dans les champs électromagnétiques peuvent fonctionner dans d'autres domaines, comme les minuscules pinces optiques pour contenir des atomes ou les dernières armes électromagnétiques. Cela peut également inclure Systèmes technologiques WiTricityservant au transfert d'énergie sans fil à travers un champ magnétique pulsatoire puissant, qui est complètement inoffensif pour les humains et les animaux.

Conformément aux modèles de Yaroslav, un groupe d'expérimentateurs du Boston College (Boston, Massachusetts, USA) crée un prototype d'un tel métamatériau, pourrait-on dire, un amplificateur magnétique.

En ce qui concerne la transmission sans fil à travers les champs magnétiques, récemment, en collaboration avec le Toyota Institute, un groupe de Yaroslav Urzhumov a démontré une transmission très pratique de l'électricité sur une distance à travers des champs magnétiques à basse fréquence.

Pour améliorer l'efficacité de la transmission, les scientifiques ont construit une super-lentille carrée qui a été placée entre l'émetteur et le récepteur. La lentille carrée était constituée de nombreux cubes recouverts de conducteurs en spirale. Les structures résultantes avec la propriété des métamatériaux interagissant avec les champs magnétiques ont transféré de l'énergie dans un cône étroit avec une intensité maximale.

Une bobine - un émetteur - a été placée sur un côté de la super-lentille, le long de laquelle un courant alternatif a été passé, créant un champ magnétique alternatif. Ce champ magnétique, comme prévu, a diminué son intensité proportionnellement au carré de la distance de l'émetteur, mais grâce à la super lentille, l'émetteur, situé de l'autre côté de celui-ci, a reçu une quantité d'énergie suffisante même à une distance de 30 cm. Sans l'utilisation d'une lentille intermédiaire, la distance de transmission n'a pas dépassé 7 6 cm

Le scientifique a déclaré qu'une telle transmission sans fil utilisant des métamatériaux avait déjà été effectuée dans le laboratoire de Mitsubishi Electric, mais seulement à une distance ne dépassant pas la taille de l'émetteur. Maintenant, en utilisant des champs magnétiques précis, une sécurité et une efficacité élevées sont atteintes. Les champs magnétiques ne sont pas fortement absorbés par la plupart des matériaux; de plus, les champs magnétiques par induction jusqu'à 3 T sont sûrs et sont déjà utilisés en tomographie.

À l'avenir, sur cette base, la création de mini gadgets sans fil pour gadgets électroniques. Les super lentilles focaliseront les champs magnétiques pour charger un appareil particulier, et les paramètres de la lentille pourront changer, et la mise au point se déplacera dans l'espace, par exemple, en suivant le smartphone que son propriétaire transporte dans la pièce, en changeant constamment d'emplacement.

Voir aussi sur le sujet:

Histoire de la découverte et nature du magnétisme

Lévitation magnétique. Qu'est-ce que c'est et comment est-ce possible?

Cage de Faraday. Travail et application

Transmission d'énergie sans fil - Méthodes de base