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日本首次实现激光操纵磁悬浮石墨烯运动

导读: 最近,日本青山学院大学在一项研究中,首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动,通过改变石墨烯的温度,能改变它的悬浮高度,控制运动方向并让它旋转,而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。

  最近,日本青山学院大学在一项研究中,首次实现了用激光操纵磁悬浮石墨烯运动,通过改变石墨烯的温度,能改变它的悬浮高度,控制运动方向并让它旋转,而且演示了阳光也能让石墨烯旋转。这一成果对研究光驱动人类运输工具有重要意义,并有望带来一种新型光能转换系统。相关论文发表在最近出版的《美国化学协会期刊》上。

  磁悬浮已证明对从火车到青蛙各种物体都有效,但至今还没有一款磁悬浮的制动器,将外部能量转化为动能。研究人员解释说,产生磁悬浮是由于物体具有反磁性,会排斥磁场。所有物质都有不同程度的反磁性,通常情况下反磁性很弱,无法让物体浮起来。只有当物体反磁性的强度超过其顺磁性(被磁场吸引),合磁力为斥力且斥力大于重力时,才可能浮起。而石墨烯就是反磁性最强的材料之一。

  反磁物体的悬浮高度取决于外加磁场和材料本身的反磁性,悬浮位置则可通过改变外加磁场来事先控制。迄今为止,用外部刺激如温度、光、声音等因素改变材料反磁性,从而控制磁悬浮物体的运动,还没人能做到。

  “该研究最重要的一点是实现了实时运动控制技术,首次无需接触而推动一个悬浮着的反磁物体。”论文合著者、青山学院大学教授安倍次郎(音译)介绍说,“由于该技术简单而且基本,预计它能用于日常生活的许多领域,比如运输系统、娱乐活动、光照制动器以及光能转换系统等。”

  实验中,研究人员演示了用激光控制温度,使一小片磁盘状的石墨烯悬浮在一块钕铁硼(NdFeB)永磁铁的上方。石墨烯的悬空高度会随着温度升高而下降,反之亦然。研究人员解释说,改变温度会改变石墨烯的磁化率,或它被外加磁场磁化的程度。在原子尺度,是激光的光热效应增加了石墨烯中热激电子的数量,热激电子越多,石墨烯的反磁性就越弱,从而悬浮的高度就越低。

  把激光瞄准石墨烯盘片中心可以控制高度,瞄准边缘能让它运动和旋转。因为改变温度分布会改变磁化率分布,使石墨烯在磁场中受到的斥力不均衡,从而沿着与光束运动相同的方向运动。他们设计的旋转装置放在阳光下也会旋转,转速超过200转/分钟。这对开发光驱动涡轮非常有用。

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