日本科學家成功研制出近乎零摩擦的石墨轉子

科技日報訊 （記者張佳欣）日本沖繩科學技術大學院大學科學家成功研制出一種近乎零摩擦的可自由懸浮旋轉的石墨轉子。這一成果解決了長期困擾宏觀懸浮系統的“渦流阻尼”問題，為高精度測量和量子研究開辟了新途徑。相關論文發表於新一期《通訊·物理》雜志。

人們看到物體飄浮在空中會驚嘆不已，而科學家則將這種“失重”狀態視為隔絕外界干擾的一種理想方式。對科學家而言，懸浮可將實驗對象與外界干擾隔離，尤其在涉及轉子等精密測量裝置時意義重大。轉子的扭矩和角動量可用於測量重力、氣壓、動量等物理量，但摩擦和阻力往往會干擾測量。若能讓轉子在無接觸、自由懸浮的狀態下運轉，就能顯著提升實驗精度。

與依賴復雜光學或電學系統的微尺度裝置不同，宏觀系統可在常溫下實現磁懸浮，結構更簡單、環境適應性更強。然而，這類系統長期受渦流阻尼限制。導體在非均勻磁場中運動時會產生環狀電流，形成抵抗運動的磁場，類似“磁性摩擦”，導致能量損耗和信號干擾。

此次，團隊利用直徑約1厘米的石墨圓盤和稀土磁體，設計出抗磁懸浮轉子。通過實驗和數學分析証明，只要系統具備完美軸對稱性，就能完全消除渦流阻尼。如果能進一步減緩旋轉速度，轉子運動將進入量子態，為宏觀量子研究提供新平台。

最新設計在理想條件下徹底消除了渦流阻尼。團隊表示，改進后的自由懸浮轉子有望成為毫米級乃至微米級高精度傳感器核心部件，可用於高靈敏度陀螺儀，也可在低溫下進入量子態，用於探索真空引力效應等宏觀量子現象。