طرح ارائه شده برای یک پوسته استوانه‌ای با ویژگی‌های مغناطیسی غیرعادی، راهی برای متمرکز کردن انرژی میدان مغناطیسی نشان می‌دهد.
به گزارش سرویس علمی ایسنا، همان‌طور که باریکه نور هنگام برخورد با سطح آب خم می‌شود، خطوط میدان مغناطیسی نیز هنگام نفوذ در یک شی‌ء دارای خواص مغناطیسی، تغییر شکل می‌دهند.
گروهی از پژوهشگران در مجله «Physical Review Letters» گزارشی را منتشر کرده‌اند مبنی بر آنکه از این حقیقت ابتدایی استفاده کرده و دستگاهی استوانه‌ای را پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند به یک میدان مغناطیسی شکل دهد و انرژی آن را در یک ناحیه از فضا متمرکز کند. این دستگاه می‌تواند حساسیت آشکارساز و یا انتقال دهنده انرژی مغناطیسی را با افزایش بازده آن هنگام انتقال از یک مکان به مکان دیگر بالا ببرد.
بر اساس تصویر ارائه شده، پوسته‌های استوانه‌ای با ویژگی‌های مناسب انرژی میدان مغناطیسی را طرد می‌کنند. در اینجا میدان ایجاد شده به وسیله آهنربای میله‌ای درون پوسته در شکل سمت چپ به سمت بیرون رانده می‌شود و شدت آن در ناحیه بیرونی افزایش می‌یابد. پوسته دوم در طرف راست میدان عبوری را گیر می‌اندازد و قدرت میدان در داخل پوسته متمرکز می‌شود. این طرح می‌تواند اجازه دهد انتقال انرژی مغناطیسی با بازده بهتری صورت گیرد.
این روش که «اپتیک تبدیلی» نام دارد و حدود 15 سال پیش بنیان نهاده شده است، به یک ابزار سودمند برای طراحی مواد جدید به منظور دستکاری نور تبدیل شده است. شروع کار با یک پرتو نور است که در یک خط مستقیم از میان یک محیط یکنواخت عبور می‌کند. لازمه این روش تصور میزان فشردگی یا کشیدگی مورد نیاز محیط است، به گونه‌ای که خط مستقیم نور را به مسیر پیچیده‌تری تبدیل کند تا شکل مورد نظر بدست آید.
بنابراین این «تبدیل» هندسی با کمک قوانین ریاضی دستورالعملی را برای تغییر فضایی ویژگی‌های الکترومغناطیسی منبع ارائه می‌دهد، همان‌گونه که یک محیط بدون تغییر، نور را باید در مسیر مشخصی خم کند.
«آلوارو سانچز» و همکارانش در دانشگاه بارسلونا این تفکر را در مورد میدان‌های مغناطیسی ایستایی به کار برده‌اند. آن‌ها می‌خواستند دستگاهی را طراحی کنند که بخشی از میدان مغناطیسی را در یک فضای کوچکتر فشرده کند تا چگالی انرژی آن را تقویت و آشکارسازی آن را آسان‌تر کنند.
آن‌ها تصور کردند یک پوسته استوانه‌ای بسیار نازک و بی‌نهایت بلند را در این میدان مغناطیسی قرار داده‌اند. سپس با ثابت نگه داشتن قطر خارجی استوانه، آن‌ها تبدیلی را پیدا کردند که به پوسته ضخامت محدودی داده و به این ترتیب قطر داخلی را کاهش دهند. این تبدیل، میدان مغناطیسی درون استوانه را در حجم کوچکتری فشرده می‌کند و شدت آن را افزایش می‌دهد. اما از آنجا که پوسته مغناطیسی اصلی شامل هیچ میدان مغناطیسی نبود، این پوسته اضافی نیز پس از انتقال هم‌چنان عاری از هر انرژی میدان مغناطیسی باقی می‌ماند.
جای تعجب نیست، پوسته تولید شده به این روش ویژگی‌های عجیب و غریبی دارد. میدان مغناطیسی در سطح خارجی باید بدون هیچ مانعی از میان پوسته عبور کرده و در سطح داخلی نمایان شود. برای یک کار برجسته نیاز است خواصی که نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می‌شود، در جهت شعاعی نامحدود باشد. از طرف دیگر این نفوذپذیری در جهت محیط دایره باید صفر باشد چون هیچ میدانی به طور دایروی از میان پوسته عبور نمی‌کند.
چنین ماده‌ای وجود ندارد، اما «سانچز» و همکارانش می‌گویند که یک تقریب خوب از پوسته می‌تواند با جایگزین کردن آرایش ماده فرومغناطیس با آرایش ابررسانا ساخته شود. در حالت اول میدان به آسانی عبور می‌کند، در حالی که حالت دوم مانع عبور میدان می‌شود. چنین دستگاهی هنگامی که در یک میدان مغناطیسی با منبع خارجی قرار می‌گیرد، میدان عبوری را «برداشت» کرده و آن را درون پوسته متمرکز می‌کند.
این تیم سپس نشان داد که اگر یک منبع میدان مغناطیسی مانند آهنربای میله‌ای درون پوسته قرار گیرد، میدان بیرونی در مقایسه با سایر حالت‌ها، مقدار بیشتری خواهد داشت. «سانچز» توضیح می‌دهد که پوسته انرژی میدان مغناطیسی را چه در داخل و چه در خارج، از خود می‌راند و این شامل منبع نمی‌شود.
چنین پوسته‌هایی ممکن است روشی برای بهبود بازده انتقال انرژی بی‌سیم را ارائه کنند. منبع اگر درون یک پوسته قرار گیرد، قدرت آن بیشتر می‌شود و پوسته‌ای دیگر که در فاصله‌ای نه چندان دور از آن قرار دارد، می‌تواند بخشی از این میدان را درون خود متمرکز کند. میدان‌های مغناطیسی به شدت ایستا هیچ انتقال انرژی را دربرنمی‌گیرند، اما این تیم نشان می‌دهد که انرژی یک میدان کمی متغیر، مانند آنچه که برای شارژ دستگاه‌ها به طور بی‌سیم استفاده می‌شود، می‌تواند درون پوسته دوم گیراندازی شود.
«استیون کامر» از دانشگاه دوک در دورهام می‌گوید: این فیزیک قطعاً جدید و جالب توجه است. او اشاره می‌کند که این روش در مقایسه با روش‌های موجود برای دستکاری میدان مغناطیسی با توجه به آنکه در آن از مواد مغناطیسی استفاده می‌شود، سودمند‌تر است. همچنین او می‌افزاید مخصوصاً اگر ابررساناهای موجود در دمای اتاق توسعه پیدا کنند، ساخت وسایل مورد نیاز برای این کار آسان خواهد شد.
به گزارش سرویس علمی ایسنا، همان‌طور که باریکه نور هنگام برخورد با سطح آب خم می‌شود، خطوط میدان مغناطیسی نیز هنگام نفوذ در یک شی‌ء دارای خواص مغناطیسی، تغییر شکل می‌دهند.
گروهی از پژوهشگران در مجله «Physical Review Letters» گزارشی را منتشر کرده‌اند مبنی بر آنکه از این حقیقت ابتدایی استفاده کرده و دستگاهی استوانه‌ای را پیشنهاد کرده‌اند که می‌تواند به یک میدان مغناطیسی شکل دهد و انرژی آن را در یک ناحیه از فضا متمرکز کند. این دستگاه می‌تواند حساسیت آشکارساز و یا انتقال دهنده انرژی مغناطیسی را با افزایش بازده آن هنگام انتقال از یک مکان به مکان دیگر بالا ببرد.
بر اساس تصویر ارائه شده، پوسته‌های استوانه‌ای با ویژگی‌های مناسب انرژی میدان مغناطیسی را طرد می‌کنند. در اینجا میدان ایجاد شده به وسیله آهنربای میله‌ای درون پوسته در شکل سمت چپ به سمت بیرون رانده می‌شود و شدت آن در ناحیه بیرونی افزایش می‌یابد. پوسته دوم در طرف راست میدان عبوری را گیر می‌اندازد و قدرت میدان در داخل پوسته متمرکز می‌شود. این طرح می‌تواند اجازه دهد انتقال انرژی مغناطیسی با بازده بهتری صورت گیرد.
این روش که «اپتیک تبدیلی» نام دارد و حدود 15 سال پیش بنیان نهاده شده است، به یک ابزار سودمند برای طراحی مواد جدید به منظور دستکاری نور تبدیل شده است. شروع کار با یک پرتو نور است که در یک خط مستقیم از میان یک محیط یکنواخت عبور می‌کند. لازمه این روش تصور میزان فشردگی یا کشیدگی مورد نیاز محیط است، به گونه‌ای که خط مستقیم نور را به مسیر پیچیده‌تری تبدیل کند تا شکل مورد نظر بدست آید.
بنابراین این «تبدیل» هندسی با کمک قوانین ریاضی دستورالعملی را برای تغییر فضایی ویژگی‌های الکترومغناطیسی منبع ارائه می‌دهد، همان‌گونه که یک محیط بدون تغییر، نور را باید در مسیر مشخصی خم کند.
«آلوارو سانچز» و همکارانش در دانشگاه بارسلونا این تفکر را در مورد میدان‌های مغناطیسی ایستایی به کار برده‌اند. آن‌ها می‌خواستند دستگاهی را طراحی کنند که بخشی از میدان مغناطیسی را در یک فضای کوچکتر فشرده کند تا چگالی انرژی آن را تقویت و آشکارسازی آن را آسان‌تر کنند.
آن‌ها تصور کردند یک پوسته استوانه‌ای بسیار نازک و بی‌نهایت بلند را در این میدان مغناطیسی قرار داده‌اند. سپس با ثابت نگه داشتن قطر خارجی استوانه، آن‌ها تبدیلی را پیدا کردند که به پوسته ضخامت محدودی داده و به این ترتیب قطر داخلی را کاهش دهند. این تبدیل، میدان مغناطیسی درون استوانه را در حجم کوچکتری فشرده می‌کند و شدت آن را افزایش می‌دهد. اما از آنجا که پوسته مغناطیسی اصلی شامل هیچ میدان مغناطیسی نبود، این پوسته اضافی نیز پس از انتقال هم‌چنان عاری از هر انرژی میدان مغناطیسی باقی می‌ماند.
جای تعجب نیست، پوسته تولید شده به این روش ویژگی‌های عجیب و غریبی دارد. میدان مغناطیسی در سطح خارجی باید بدون هیچ مانعی از میان پوسته عبور کرده و در سطح داخلی نمایان شود. برای یک کار برجسته نیاز است خواصی که نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می‌شود، در جهت شعاعی نامحدود باشد. از طرف دیگر این نفوذپذیری در جهت محیط دایره باید صفر باشد چون هیچ میدانی به طور دایروی از میان پوسته عبور نمی‌کند.
چنین ماده‌ای وجود ندارد، اما «سانچز» و همکارانش می‌گویند که یک تقریب خوب از پوسته می‌تواند با جایگزین کردن آرایش ماده فرومغناطیس با آرایش ابررسانا ساخته شود. در حالت اول میدان به آسانی عبور می‌کند، در حالی که حالت دوم مانع عبور میدان می‌شود. چنین دستگاهی هنگامی که در یک میدان مغناطیسی با منبع خارجی قرار می‌گیرد، میدان عبوری را «برداشت» کرده و آن را درون پوسته متمرکز می‌کند.
این تیم سپس نشان داد که اگر یک منبع میدان مغناطیسی مانند آهنربای میله‌ای درون پوسته قرار گیرد، میدان بیرونی در مقایسه با سایر حالت‌ها، مقدار بیشتری خواهد داشت. «سانچز» توضیح می‌دهد که پوسته انرژی میدان مغناطیسی را چه در داخل و چه در خارج، از خود می‌راند و این شامل منبع نمی‌شود.
چنین پوسته‌هایی ممکن است روشی برای بهبود بازده انتقال انرژی بی‌سیم را ارائه کنند. منبع اگر درون یک پوسته قرار گیرد، قدرت آن بیشتر می‌شود و پوسته‌ای دیگر که در فاصله‌ای نه چندان دور از آن قرار دارد، می‌تواند بخشی از این میدان را درون خود متمرکز کند. میدان‌های مغناطیسی به شدت ایستا هیچ انتقال انرژی را دربرنمی‌گیرند، اما این تیم نشان می‌دهد که انرژی یک میدان کمی متغیر، مانند آنچه که برای شارژ دستگاه‌ها به طور بی‌سیم استفاده می‌شود، می‌تواند درون پوسته دوم گیراندازی شود.
«استیون کامر» از دانشگاه دوک در دورهام می‌گوید: این فیزیک قطعاً جدید و جالب توجه است. او اشاره می‌کند که این روش در مقایسه با روش‌های موجود برای دستکاری میدان مغناطیسی با توجه به آنکه در آن از مواد مغناطیسی استفاده می‌شود، سودمند‌تر است. همچنین او می‌افزاید مخصوصاً اگر ابررساناهای موجود در دمای اتاق توسعه پیدا کنند، ساخت وسایل مورد نیاز برای این کار آسان خواهد شد.