近乎零摩擦的石墨转子研制成功

日本冲绳科学技术大学院大学科学家成功研制出一种近乎零摩擦的可自由悬浮旋转的石墨转子。这一成果解决了长期困扰宏观悬浮系统的“涡流阻尼”问题，为高精度测量和量子研究开辟了新途径。相关论文发表于新一期《通讯·物理》杂志。

黑色石墨盘漂浮在三块圆形磁铁上方。图片来源：阿德里安·斯科夫

人们看到物体飘浮在空中会惊叹不已，而科学家则将这种“失重”状态视为隔绝外界干扰的一种理想方式。对科学家而言，悬浮可将实验对象与外界干扰隔离，尤其在涉及转子等精密测量装置时意义重大。转子的扭矩和角动量可用于测量重力、气压、动量等物理量，但摩擦和阻力往往会干扰测量。若能让转子在无接触、自由悬浮的状态下运转，就能显著提升实验精度。

与依赖复杂光学或电学系统的微尺度装置不同，宏观系统可在常温下实现磁悬浮，结构更简单、环境适应性更强。然而，这类系统长期受涡流阻尼限制。导体在非均匀磁场中运动时会产生环状电流，形成抵抗运动的磁场，类似“磁性摩擦”，导致能量损耗和信号干扰。

此次，团队利用直径约1厘米的石墨圆盘和稀土磁体，设计出抗磁悬浮转子。通过实验和数学分析证明，只要系统具备完美轴对称性，就能完全消除涡流阻尼。如果能进一步减缓旋转速度，转子运动将进入量子态，为宏观量子研究提供新平台。

最新设计在理想条件下彻底消除了涡流阻尼。团队表示，改进后的自由悬浮转子有望成为毫米级乃至微米级高精度传感器核心部件，可用于高灵敏度陀螺仪，也可在低温下进入量子态，用于探索真空引力效应等宏观量子现象。