En el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón, un equipo de especialistas en materiales levitantes dirigido por el profesor Jason Twamley ha logrado avances significativos. Los científicos han conseguido hacer levitar un fragmento de grafito sobre un conjunto de imanes, permaneciendo en un estado de ingravidez casi absoluta.
Este avance, presentado en un artículo en la revista Applied Physics Letters, no solo demuestra el potencial de la levitación magnética, sino que también destaca por su independencia de fuentes de energía externas. Esto posiciona a la tecnología como una candidata ideal para el desarrollo de una nueva generación de sensores altamente sensibles, aplicables tanto en la ciencia como en el mercado de consumo, prometiendo mediciones con una precisión y eficacia inigualables.
El material en cuestión, el grafito, es diamagnético, es decir, repele los campos magnéticos. Al posicionarlo sobre un sustrato ferromagnético adecuado, se crea una plataforma de levitación que opera sin necesidad de conexión con su entorno, similar a los trenes de levitación magnética que utilizan imanes superconductores para generar un campo magnético intenso.
La "amortiguación de Foucault"
Sin embargo, la aplicación de esta tecnología se enfrenta a varios retos, entre ellos la "amortiguación de Foucault", según el comunicado de prensa del OIST. Este efecto describe la pérdida de energía de un sistema oscilante debido a fuerzas externas, un fenómeno especialmente problemático cuando el conductor eléctrico, como el grafito, se desplaza a través de un campo magnético intenso.
Para contrarrestar esta pérdida de energía, los investigadores del OIST idearon una solución ingeniosa: recubrieron microesferas de grafito con sílice y cera, transformándolas en aislantes eléctricos.
"Alcanzar este nivel de precisión requiere una ingeniería rigurosa para aislar la plataforma de perturbaciones externas como vibraciones, campos magnéticos y ruido eléctrico", aclara Twamley.
Minimizar la energía cinética
Además de los esfuerzos científicos por mitigar la amortiguación de Foucault, persiste otro desafío: disminuir la energía cinética en plataformas oscilantes. Tal como se menciona en el comunicado oficial, reducirla no solo mejora la sensibilidad del sensor, sino que también permite explorar el régimen cuántico para mediciones de precisión.
Así, en su búsqueda de soluciones, los investigadores desarrollaron un innovador material a partir del grafito. A través de una modificación química, lograron convertir el grafito en un aislante eléctrico, una transformación que impide la pérdida de energía y facilita la levitación del material en el vacío.
El experimento involucró un control continuo del movimiento de la plataforma y la aplicación de una fuerza magnética de retroalimentación para reducir su movimiento. "El calor genera movimiento, pero con un control y correcciones en tiempo real, podemos enfriar el sistema efectivamente", señala Twamley.
"La retroalimentación ajusta el índice de amortiguación del sistema, que es la rapidez con la que pierde energía, así que, controlando activamente la amortiguación, reducimos la energía cinética del sistema, enfriándolo de forma efectiva", agrega.
Este control preciso sobre la plataforma no solo tiene el potencial de responder preguntas fundamentales de la física cuántica para determinar el papel de la gravedad dentro de este marco, sino que también podría llevar al desarrollo de gravímetros atómicos más sensibles que los actuales. El equipo continúa trabajando para eliminar perturbaciones externas y mejorar su sistema, prometiendo avances significativos en el campo de la medición de precisión.
Felipe Espinosa Wang con información de OIST y Science Alert.