Manyetik şekillendirme, tek kaynaklı alanları matematiksel hassasiyetle önceden belirlenmiş şekillere dönüştürür

Manyetik alanlar, MRI tarayıcıları ve parçacık hızlandırıcılardan atom saatlerine ve geleceğin kuantum bilgisayarlarına kadar çeşitli teknolojilerde görünmez ancak temel bileşenlerdir. Bu uygulamaların her biri belirli şekil ve özelliklere sahip manyetik alanlar gerektirir. Günümüzde bu tür özel manyetik alanların yaratılması, araştırmacıların ve mühendislerin her bir uygulama için özel, dikkatle optimize edilmiş mıknatıslar veya büyük bobin sistemleri tasarlamasını gerektirmektedir; bu, karmaşık ve kaynak yoğun bir süreçtir.

Şimdi, Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) ve Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nden fizikçilerden oluşan bir ekip, manyetik alanı bobin veya kalıcı mıknatıs gibi tek bir kaynaktan tam matematiksel hassasiyetle önceden belirlenmiş geniş bir manyetik alan sınıfına dönüştürmeyi mümkün kılan bir yöntem geliştirdi.

Manyetik omniconversion olarak bilinen yöntem, basit manyetik kaynakların çok çeşitli önemli uygulamalar için kullanılmasına olanak tanır. Araştırma dergide yayınlandı Bilim Gelişmeleri.

Chalmers Teknoloji Üniversitesi’nde kuantum teknolojisi profesörü ve çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Witlef Wieczorek, “Bu, mevcut bir manyetik alanın ne kadar doğru bir şekilde başka bir alana dönüştürülebileceğine ilişkin önceki sınırlamaları ortadan kaldıran evrensel bir yöntemdir” diyor.

Manyetik heykeltıraş matematiksel hassasiyet sağlar

Tek tip veya dört kutuplu alanlar gibi belirli bir şekle sahip manyetik alanlar oluşturmak, genellikle özel yapım mıknatıslar veya belirli bir amaç için dikkatlice optimize edilmiş gelişmiş bobin sistemleri gerektirir.

Ph.D. Fabian Resare şöyle açıklıyor: “Bobin kombinasyonlarını kullanarak istenen manyetik alanı yüksek hassasiyetle yaklaşık olarak hesaplamak mümkündür, ancak manyetik omniconversion ile oluşturulan alan matematiksel olarak kesindir.” Chalmers’da kuantum teknolojisi öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı.

Araştırmacıların manyetik omniconversion’ı bir tür manyetik heykeltıraş gibi davranıyor. Ferromanyetik ve süperiletken malzemeler gibi manyetik alanları çeken veya iten malzemeleri birleştirerek, manyetik alanı tam olarak istenen forma yönlendirebilir ve yeniden şekillendirebilirler. Bu malzemeler dikkatle hesaplanmış bir geometride düzenlendiğinde manyetik alanın uzayda nasıl dağıldığını belirler. Bu şekilde araştırmacılar, alanı basit bir kaynaktan neredeyse herhangi bir manyetik alana yüksek hassasiyetle etkili bir şekilde dönüştürebilirler.

Yeni teknolojik yeteneklerin önünü açıyor

Yöntemi deneysel olarak göstermek için araştırmacılar, tekdüze olmayan manyetik alanı basit bir bobinden neredeyse mükemmel derecede düzgün bir manyetik alana dönüştürebilen bir prototip oluşturdular. Cihaz, Lars Jönsson tarafından Mikroteknoloji ve Nanobilim Bölümü’ndeki mekanik atölyede üretilen süper iletken bir alüminyum tüp ve dökme demir bileşenlerden oluşuyordu.

Cihaz 1 kelvin’in altındaki sıcaklıklara (mutlak sıfıra yakın) soğutulduğunda yapılan ölçümler, cihazın içindeki manyetik alanın araştırmacıların hesaplamalarıyla yakından eşleştiğini gösterdi ve bu da kavramın önemli bir deneysel kanıtını sağladı.

Ekip, teknoloji için bir patent başvurusunda bulundu ve yöntemin toplumda ve araştırmalarda pratik uygulamalar bulacağını umuyor.

Wieczorek, “Manyetik çok-dönüşüm yaklaşımımızın, kuantum teknolojileri ve manyetik alanların hassas mekansal kontrolünün gerekli olduğu diğer alanlar için gelişmiş enstrümantasyonun geliştirilmesine katkıda bulunacağını umuyoruz” diyor.