(Phys.org)—La lévitation magnétique a été démontrée pour une variété d'objets, des trains aux grenouilles, mais jusqu'à présent, personne n'a développé d'actionneur à base de maglev qui convertit une source d'énergie externe en mouvement. Maintenant dans une nouvelle étude, des chercheurs ont pour la première fois utilisé un laser pour contrôler le mouvement d'un disque de graphite en lévitation magnétique. En changeant la température du disque, le laser peut changer la hauteur de lévitation du disque et le déplacer dans une direction contrôlée, qui a le potentiel d'être étendu et utilisé comme système de transport humain léger. La lumière laser ou la lumière du soleil peuvent également faire tourner le disque en lévitation à plus de 200 tr/min, ce qui pourrait conduire à un nouveau type de système de conversion d'énergie lumineuse.

Les chercheurs, Dr Masayuki Kobayashi et professeur Jiro Abe de l'Université Aoyama Gakuin à Kanagawa, Japon (Abe est aussi au CREST, Agence japonaise des sciences et de la technologie à Tokyo), ont publié leur étude sur le contrôle optique du mouvement du graphite maglev dans un récent numéro de la Journal de l'American Chemical Society .

"Le point le plus important de ce travail est la réalisation d'une technique de contrôle de mouvement en temps réel qui peut déplacer un matériau diamagnétique en lévitation magnétique sans contact pour la première fois au monde, " a dit Abe Phys.org . "Parce que cette technique est très simple et fondamentale, il est censé s'appliquer à diverses techniques de la vie quotidienne, tels que les systèmes de transport et les divertissements, ainsi que des photo-actionneurs et des systèmes de conversion d'énergie lumineuse."

Comme l'expliquent les chercheurs, la lévitation magnétique se produit en raison du diamagnétisme d'un objet, qui repousse les champs magnétiques. Bien que tous les matériaux aient un certain diamagnétisme, il est généralement trop faible pour leur permettre de léviter magnétiquement. La lévitation magnétique ne se produit que lorsque les propriétés diamagnétiques d'un matériau sont plus fortes que ses propriétés ferromagnétiques et paramagnétiques (qui attirent les champs magnétiques). L'un des matériaux diamagnétiques les plus résistants est le graphite.

Afin de léviter magnétiquement, la force magnétique totale d'un objet ne doit pas seulement être répulsive, mais la répulsion doit aussi être plus forte que la force de gravité. La hauteur à laquelle un matériau diamagnétique lévite peut être contrôlée par deux facteurs :le champ magnétique appliqué et les propriétés diamagnétiques du matériau. La position de lévitation des matériaux diamagnétiques a été précédemment contrôlée en changeant le champ magnétique appliqué, mais jusqu'à présent, personne n'a réussi à contrôler le mouvement maglev de la deuxième manière, en modifiant les propriétés diamagnétiques du matériau avec un stimulus externe tel que la température, léger, ou son.

Ici, C'est exactement ce que les chercheurs ont fait en utilisant un laser pour contrôler de manière réversible la température d'un disque de graphite en lévitation au-dessus d'un bloc d'aimants permanents. Ils ont démontré que, à mesure que la température du graphite augmente, sa hauteur de lévitation diminue, et vice versa. Les chercheurs expliquent que le changement de température provoque une modification de la susceptibilité magnétique du graphite, ou le degré auquel son aimantation réagit à un champ magnétique appliqué. Au niveau atomique, le laser augmente le nombre d'électrons excités thermiquement dans le graphite en raison de l'effet photothermique. Le plus de ces électrons, plus les propriétés diamagnétiques du graphite sont faibles et plus sa hauteur de lévitation est faible.

En plus de contrôler la hauteur du graphite maglev, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient également faire bouger le graphite dans n'importe quelle direction et le faire pivoter en changeant le site d'irradiation. Alors que le laser était pointé en plein centre du disque de graphite lors du contrôle de sa hauteur, le diriger vers le bord du disque modifie la répartition de la température, et donc la distribution de susceptibilité magnétique, de telle sorte que la force de répulsion se déséquilibre et que le graphite se déplace dans le même sens que le faisceau lumineux.

Pour faire tourner le disque de graphite en lévitation, les chercheurs ont remplacé les aimants rectangulaires en forme de prisme sous le disque par une pile d'aimants de forme cylindrique, et pointa à nouveau le laser vers le bord du disque. La distribution de température déformée fait tourner le disque de graphite en lévitation, avec le sens et la vitesse de rotation en fonction du site d'irradiation. La rotation se produit également lorsque l'installation est exposée à la lumière du soleil. En convertissant l'énergie solaire en énergie de rotation, le disque peut atteindre une vitesse de rotation de plus de 200 tr/min, ce qui pourrait le rendre utile pour des applications telles que les turbines à entraînement optique.

Les chercheurs prédisent que la capacité de contrôler le mouvement basé sur le maglev avec un laser pourrait conduire au développement d'actionneurs basés sur le maglev et de systèmes de conversion d'énergie solaire photothermique. Les applications pourraient inclure un faible coût, système de production d'électricité respectueux de l'environnement et un nouveau type de système de transport léger.

"À ce moment là, nous prévoyons de développer une aube de turbine maglev adaptée à ce système, " dit Abe. " Dans ce cas, il est prédit que le frottement perturbe la rotation de la turbine maglev. Par conséquent, nous souhaitons développer un système de conversion d'énergie lumineuse à haut rendement énergétique en référence à la technique dite MEMS (Microelectromechanical Systems).

"Quant à l'actionneur, le graphite maglev peut transporter tout ce qui a presque le même poids que le disque de graphite en lévitation. Donc, si l'expansion d'échelle du système photo-actionneur est atteinte, ce n'est pas un rêve qu'un humain sur le graphite maglev puisse conduire lui-même."

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