Новости химической науки > Лазер управляет магнитно-левитирующим графитом

Исследователи из Японии продемонстрировали, что как поступательное, так и вращательное движение графитового диска, левитирующего над поверхностью постоянных магнитов из редкоземельных металлов, может управляться лазерным лучом.

Обнаруженное явление может применяться для конверсии солнечной энергии в механическое движение, предлагая возможный альтернативный использования солнечного света.

Графит представляет собой материал со значительными диамагнитными свойствами, поэтому он может левитировать в относительно слабом магнитном поле, которое создается постоянными магнитами NdFeB, и для такой левитации нет необходимости в применении сверхпроводящих электромагнитов.

Исследователи из группы Хиро Абе (Jiro Abe) разрабатывали фотохромные соединения, которые могли бы влиять на магнитные свойства, а, следовательно, и на высоту полета, левитирующего листка графита при освещении. Как отмечает Абе, в ходе экспериментов было обнаружено, что при облучении светом изменяется магнитная восприимчивость графита.

Левитирующие диски графита могут управляться действием лазерного излучения. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja310365k)

Когда исследователи поместили диск пиролитического графита диаметром 1 см, вырезанный из коммерчески доступного листа графита обычными ножницами, над системой из постоянных магнитов и светили на этот диск лазером, они обнаружили, что лазер может управлять поступательным движением диска. Сходным образом – если диск левитировал над одиночным магнитом, и лазер направляли на край диска, графитовая деталь начинала вращаться.

Абе объясняет происхождение этого движения тем, что освещение лазером влияет на магнитную восприимчивость графитового диска, заставляя его изменить ориентацию относительно магнита или магнитов, из-за чего и происходит движение. Он добавляет, что графит отличается отличными фототермическими свойствами, при освещении графита его температура мгновенно увеличивается, и также быстро рассеивается (благодаря чему графитовые конструкции часто играют роль теплоотводов для многих электронных устройств). По словам Абе, именно быстрый разогрев и быстрое охлаждение графита и является причиной столь интересного способа контроля движения левитирующего диска.

Диск также можно заставить вращаться, сфокусировав свет на его крае. При этом скорость вращения диска может достигать 200 оборотов в минуту. Абе предполагает, что это может привести к новому способу переработки солнечной энергии, если, конечно, удастся приспособить это вращательное движение для выполнения полезной работы.

Тед Форган (Ted Forgan) из Университета Бирмингема говорит о результатах работы, как о необыкновенном явлении, однако сомневается в том, что устройство, созданное с использованием нового принципа, будет достаточно эффективно, чтобы быть практичным. Эти сомнения связаны с тем, что величина механической работы, выполняющейся при поступательном или вращательном движении графитового диска гораздо меньше энергии, поступающей на диск с лучом лазера или солнечным светом.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2012, DOI: 10.1021/ja310365k

метки статьи: #неорганическая химия, #новые материалы, #физическая химия, #химия твердого тела