01.03.2012

Придуман метаматериал для усиления магнитных полей

Разработка может пригодиться для систем магнитной левитации, беспроводной передачи энергии или в других задачах, где необходимы сильные переменные поля, но в то же время желательно обеспечить безопасность для человека.

Биологические ткани прозрачны для магнитных полей. В этой связи интересно научиться усиливать магнитную составляющую электромагнитных колебаний без роста электрической составляющей. Подобный трюк открыл бы дорогу новым системам, использующим магнитные поля (скажем, для левитирующих поездов), которые были бы и экономичнее, и безопаснее, чем существующие аналоги.

Ярослав Уржумов, профессор университета Дюка, предложил способ достижения искомого результата: «Магнитно-активный метаматериал теоретически может уменьшить величину тока, необходимого для создания достаточно сильного магнитного поля. Это позволит снизить паразитические электрические поля в окружающей среде и создать мощные и безопасные электромагнитные системы».

Ярослав и его коллеги провели численное моделирование и установили, что макроскопические объекты, построенные из метаматериалов с отрицательной магнитной проницаемостью, при ряде условий способны увеличивать магнитные силы в низкочастотных полях.

Это явление физики назвали магнитостатический поверхностный резонанс (MSR). Учёные говорят, что по своему принципу он похож на плазмонный поверхностный резонанс в оптике, наблюдающийся в материалах с отрицательной диэлектрической проницаемостью.

Авторы смоделировали метаматериал с очень высокой анизотропией: в нём магнитная проницаемость отрицательна в одном направлении, но положительна во всех других. Расчёт показал, что такой объект способен за счёт резонанса резко усиливать магнитное поле.

«Явление MSR может позволить магнитным системам левитации увеличить массу поднимаемых объектов на порядок при использовании такого же количества электроэнергии», — заявил Уржумов. Подобное необычное управление электромагнитными силами вполне может пригодиться и в других устройствах – от крохотных оптических пинцетов, удерживающих атомы, до экзотического электромагнитного оружия.

В этой связи также интересно вспомнить, что в системах беспроводной передачи энергии по технологии WiTricity используется сильное пульсирующее магнитное поле, которое, как заявляют авторы, безвредно для людей и животных.

По информации университета Дюка, группа экспериментаторов из Бостонского колледжа (Boston College) сейчас строит некий прототип такого метаматериала – магнитного усилителя, в соответствии с выкладками Ярослава и его коллег.

(Подробности новой работы раскрывает статья в Physical Review B.)

Леонид Попов

Источники:

1. MEMBRANA