A escultura magnética transforma campos de fonte única em formas predeterminadas com precisão matemática.
Os campos magnéticos são componentes invisíveis, porém essenciais, em tecnologias que vão desde aparelhos de ressonância magnética e aceleradores de partículas até relógios atômicos e futuros computadores quânticos. Cada uma dessas aplicações requer campos magnéticos com formatos e propriedades específicas. Atualmente, a criação desses campos magnéticos personalizados exige que pesquisadores e engenheiros projetem ímãs especializados e cuidadosamente otimizados ou grandes sistemas de bobinas para cada aplicação individual — um processo complexo e que demanda muitos recursos.
Agora, uma equipe de físicos da Universidade Autônoma de Barcelona (UAB) e da Universidade de Tecnologia de Chalmers desenvolveu um método que possibilita transformar o campo magnético de uma única fonte, como uma bobina ou um ímã permanente, em uma ampla classe de campos magnéticos predeterminados com exata precisão matemática.
Conhecido como omniconversão magnética, o método permite que fontes magnéticas simples sejam usadas em uma ampla gama de aplicações importantes. A pesquisa foi publicada na revista Science Advances .
"Este é um método universal que elimina as limitações anteriores sobre a precisão com que um campo magnético existente pode ser transformado em outro", afirma Witlef Wieczorek, professor de tecnologia quântica na Universidade de Tecnologia de Chalmers e um dos coautores do estudo.
Um escultor magnético proporciona precisão matemática.
A criação de campos magnéticos com um formato específico, como campos uniformes ou quadrupolos, normalmente requer ímãs construídos sob medida ou sistemas de bobinas avançados cuidadosamente otimizados para uma finalidade específica.
"Usando combinações de bobinas, é possível aproximar um campo magnético desejado com alta precisão, mas com a omniconversão magnética o campo gerado é matematicamente exato", explica Fabian Resare, estudante de doutorado em tecnologia quântica na Chalmers e coautor do estudo.
A tecnologia de omniconversão magnética desenvolvida pelos pesquisadores funciona como uma espécie de escultor magnético. Combinando materiais que atraem ou repelem campos magnéticos, como materiais ferromagnéticos e supercondutores, eles conseguem direcionar e remodelar um campo magnético exatamente na forma desejada. Quando esses materiais são dispostos em uma geometria cuidadosamente calculada, eles determinam como o campo magnético se distribui no espaço. Dessa forma, os pesquisadores podem transformar o campo de uma fonte simples em praticamente qualquer outro campo magnético com alta precisão.
Abrindo caminho para novas capacidades tecnológicas
Para demonstrar o método experimentalmente, os pesquisadores construíram um protótipo capaz de transformar o campo magnético não uniforme de uma bobina simples em um campo magnético quase perfeitamente uniforme. O dispositivo consistia em um tubo de alumínio supercondutor e componentes de ferro fundido, fabricados por Lars Jönsson na oficina mecânica do Departamento de Microtecnologia e Nanociência.
Quando o dispositivo foi resfriado a temperaturas abaixo de 1 kelvin, próximas do zero absoluto, as medições mostraram que o campo magnético em seu interior correspondia de perto aos cálculos dos pesquisadores, fornecendo uma importante prova experimental do conceito.
A equipe apresentou um pedido de patente para a tecnologia e espera que o método encontre aplicações práticas na sociedade e na pesquisa.
"Esperamos que nossa abordagem de omniconversão magnética contribua para o desenvolvimento de instrumentação avançada para tecnologias quânticas e outras áreas onde o controle espacial preciso de campos magnéticos é essencial", afirma Wieczorek.
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