Создан левитирующий гироскоп, который вращается больше 10 часов — видео
В Квантовом инновационном центре A*STAR в Сингапуре создан левитирующий ротор с рекордно низкими потерями, который вращается больше 10 часов после отключения энергии. Он найдет применение в качестве гироскопа для прецизионной навигации без внешних сигналов, например в отсутствие GPS. Авторы разработки уже проверили ее в этой роли, результатами чего поделились на страницах Nature Communications.
Механические системы с малыми потерями энергии способны улавливать сверхслабые силы и движения, что делает их ценными для точных измерений. Роторы на магнитной левитации не подвержены трению, но долго вращаться все равно не могут — их тормозят вихревые токи.
Сингапурские физики решили эту проблему за счет строгого соблюдения осевой симметрии. В их графитовом роторе вихревые токи почти не наводятся, в результате чего вращательное движение теряет энергию примерно в 100 000 раз медленнее, чем боковые и вертикальные перемещения.
Это позволило снизить частоту затухания вращения до 3,85 мкГц — для миллиметровых маховиков это рекорд, сравнимых показателей прежде достигали только у нанороторов.
«Долгое время считалось сложным добиться сверхнизких потерь в крупных роторах, хотя именно они лучше взаимодействуют со слабыми сигналами. Наша работа преодолевает этот компромисс и создает платформу для развития точных измерений и изучения квантового поведения в макроскопических механических системах», — заявил ведущий исследователь проекта Сяньфэн Чэнь из A*STAR.
В эксперименте ротор раскрутили электрическим полем до 930 оборотов в минуту. По расчетам (реально опыт проводили около часа), в глубоком вакууме он продолжал бы вращаться до 11,5 часов после отключения энергии.
Чтобы проверить ротор в качестве гироскопа, его прецессию измеряли лазером. Моделирование показало, что работай этот маховик инерциальным датчиком, например, в дроне — он мог бы регистрировать вращение с угловой скоростью до 0,0065 градуса в секунду, что сопоставимо с военными системами и на порядок точнее коммерческих аналогов. Теоретический же предел, ограниченный тепловым шумом, еще меньше.
В планах ученых — увеличить скорость вращения ротора, улучшить его стабильность и уменьшить габариты вспомогательных систем. Долгосрочная цель — создание доступной и коммерчески пригодной сенсорной платформы для практической навигации.
