Метаматериал за усилване на магнитните полета

Професорът от университета Дюк (Дърам, Северна Каролина, САЩ) Ярослав Уржумов предложи метод за усилване на магнитния компонент на електромагнитните вълни без увеличаване на техния електрически компонент. Факт е, че биологичните тъкани за магнитните полета са прозрачни и би било полезно да научите как да подсилите магнитния компонент на електромагнитните вълни.

Това би отворило пътя за създаването на безопасни левитиращи влакове, за изграждането на нови безжични системи за предаване на енергия и за решаването на редица други проблеми, когато има нужда от силни редуващи се магнитни полета, и в същото време би трябвало да е безопасно за хората. Новите системи ще бъдат по-икономични и по-безопасни от съществуващите аналози.

За да получи желания резултат, Ярослав Уржумов предложи използването на магнитно активен метаматериал, благодарение на което е възможно да се получат достатъчно силни магнитни полета, като се използва сравнително нисък ток. Подобно решение би намалило електрическите полета, които в този случай са паразитни, и би създало безопасни и мощни електромагнитни системи.

Численото моделиране, проведено от Ярослав и неговите колеги, показа, че макроскопичните обекти, създадени на базата на метаматериали с отрицателна магнитна проницаемост, са способни да усилват магнитните сили в нискочестотни полета при редица условия. Изследователите нарекли това явление магнитостатичен повърхностен резонанс, който по принцип е подобен на плазмонен повърхностен резонанс, възникващ в оптиката, който се проявява в материали с отрицателна диелектрична константа.

Метаматериалът, моделиран от учените, характеризиращ се с много висока, специална анизотропия, има отрицателна магнитна проницаемост в една посока, а във всички останали посоки магнитната пропускливост е положителна. Съдейки по изчисленията, произведените предмети ще могат рязко да увеличат магнитното поле именно поради резонанса.

Прилагането на това явление в системи за магнитна левитация ще увеличи масата на повдигнатите предмети многократно, а цената на електроенергията, в сравнение с традиционните аналози, няма да се увеличи. Авторът на разработката, бивш студент на Московския физико-технологичен институт, Ярослав Уржумов е сигурен в успеха.

Новите системи с необичайно управление на магнитните сили в електромагнитните полета могат да работят в други области, като малки оптични пинсети за задържане на атоми или най-новите електромагнитни оръжия. Това може също да включва Системи за WiTricity технологиислужещи за безжичен трансфер на енергия чрез силно пулсиращо магнитно поле, които са напълно безвредни както за хората, така и за животните.

В съответствие с моделите на Ярослав, група експериментатори от Бостънския колеж (Бостън, Масачузетс, САЩ) създава прототип на такъв метаматериал, би могло да се каже, магнитен усилвател.

Що се отнася до безжичното предаване чрез магнитни полета, наскоро, заедно с Института Toyota, група Ярослав Уржумов демонстрира много практично предаване на електроенергия на разстояние през нискочестотни магнитни полета.

За да увеличат ефективността на предаване, учените построили квадратен суперленс, който бил поставен между предавателя и приемника. Квадратната леща се състоеше от много кубчета, покрити със спирални проводници. Получените структури със свойството на метаматериал взаимодействат с магнитни полета прехвърлят енергия в тесен конус с максимална интензивност.

От едната страна на свръхледите е поставена намотка - предавател, по протежение на която се променя променлив ток, създавайки променливо магнитно поле. Това магнитно поле, както се очакваше, намали интензивността си пропорционално на квадрата на разстоянието от предавателя, но благодарение на свръхлените предавателят, разположен от другата страна на него, получи достатъчно енергия дори на разстояние от 30 см. Без използването на междинна леща разстоянието на предаване не надвишава 7 6 см

Ученият каза, че подобно безжично предаване с помощта на метаматериали вече е осъществено в лабораторията на Mitsubishi Electric, но само на разстояние, което не надвишава размера на предавателя. Сега, използвайки точно магнитни полета, се постига висока безопасност и ефективност. Магнитните полета не се абсорбират силно от повечето материали; освен това магнитните полета чрез индукция до 3 T са безопасни и вече се използват в томографията.

В бъдеще на тази основа създаването на безжични мини джаджи за електронни джаджи, Супер лещите ще фокусират магнитните полета, за да заредят определено устройство, а параметрите на обектива ще могат да се променят, а фокусът ще се движи в пространството, например, следвайки смартфона, който собственикът му носи из стаята, като постоянно променя местоположението.

Вижте също по темата:

История на откритието и природата на магнетизма

Магнитна левитация. Какво е това и как е възможно?

Клетка Фарадей. Работа и приложение

Безжично предаване на мощност - основни методи