The Spacetime Metric
Sekcja 1Sięgnąć po pole punktu zerowego

Przełączalny wirnik próżniowy

Uniwersytet. · 2 min czytania

Co proponuje

Zbuduj nanoskalowy silnik, którego jedynym zasilaniem jest próżnia, ze zwyczajnym przełącznikiem elektrycznym z przodu. Dwa niedawne wyniki dają dwie połówki: napięcie, które odwraca siłę Casimira z przyciągania na odpychanie, i pole magnetyczne, które włącza moment obrotowy Casimira między powierzchniami, które w ogóle nie niosą wbudowanego kierunku. Złóż to razem, a masz element obrotowy napędzany fluktuacjami próżni, włączany i wyłączany, i odwracany, pokrętłem.

Dla kogo jestWytwórcy materii skondensowanej · Inżynierowie magnetyczni · Inżynierowie mechaniki precyzyjnej

Dlaczego biblioteka to podpowiada

Zwiększ pole, a skręcanie rośnie jak jego kwadrat; zmień podłoże, a odwróci się blisko zera. Potem spójrz na drugi widok: opublikowane wielkości i miejsce, którego ten wirnik jeszcze nie wypełnia.

Włącz pole, a próżnia zacznie skręcać

Bez przyłożonego pola moment siły między dwiema identycznymi warstwami altermagnetycznymi jest dokładnie zerowy — zabrania tego własna symetria kryształu. Włącz magnes przechodzący przez płytki, niewskazujący żadnego kierunku w płaszczyźnie, a pojawi się skręcanie rosnące jak kwadrat pola. Dołóż pod spodem podkład wymienny, a krzywa przesunie się w bok, więc blisko zerowego pola wirnik obraca się w drugą stronę. Poruszaj pokrętłami i patrz na przełącznik. Oś jest względna, a drugi widok mówi dlaczego.

Na co patrzeć
Względny moment Casimira wobec przyłożonego pola magnetycznego, dla trzech ustawień podkładu wymiennegoKrzywa wznosi się z płaskiego zera: względny moment siły wobec pola magnetycznego prostopadłego do płaszczyzny, w teslach. Bez podkładu to parabola przez początek układu, dodatnia po obu stronach. Z podkładem to ta sama parabola przesunięta w bok, przecinająca zero dwa razy — raz przy zerowym polu i raz przy minus polu podkładu — więc małe pole jednego znaku obraca wirnik w jedną stronę, a małe pole przeciwnego znaku zawraca go. Oś pionowa jest względna: nie niesie niutonometrów, bo żadna cytowana karta ich nie podaje.
Czym oś pionowa nie jest. Jest względna, biegnie od minus jeden do jeden, a ta jedynka to największe narysowane tutaj ustawienie, nie żadne maksimum fizyczne. Źródło podaje skalowanie, prawo sinusa, odwrócenie znaku i warunki, a nigdzie nie podaje bezwzględnego momentu siły, więc żaden nie jest rysowany. Wypełnienie tej osi prawdopodobnie wyglądającym niutonometrem byłoby jedyną rzeczą, której ten rysunek zrobić nie może.Prawo kwadratowe jest sednem sprawy. Podwój pole, a skręcanie rośnie czterokrotnie, bo pole wchodzi raz w anizotropię optyczną materiału, a oddziaływanie próżni czyta tę anizotropię dwa razy. Przy zerowym polu anizotropia znika zupełnie i dwie warstwy przestają dbać o to, jak są względem siebie obrócone.Nic się tu nie porusza samo z siebie. Krzywa, skala i odczyt są przerysowywane tylko wtedy, gdy poruszysz którymś sterowaniem.
Przełącznik: jak moment siły podąża za polem
Podkład wymienny z podłoża
Moment siły, względem największego narysowanego ustawienia:
0,83
W którą stronę się obraca:
w jedną stronę
Pola, przy których moment siły przechodzi przez zero:
0,0 tesle
Warunki, w jakich liczona jest ta krzywa:
30 nm, 30 K
Wielkość w niutonometrach:
nie narysowana — nie podaje jej żadna karta cytowana przez tę kartę zagadnienia

Co robi wirnik: Dlaczego podkład to odwraca. Wyhoduj jeden z altermagnetyków na podłożu ferromagnetycznym, a moment siły zacznie podążać za polem przyłożonym pomnożonym przez sumę pola przyłożonego i pola podkładu. Ten iloczyn ma dwa miejsca zerowe, nie jedno: zerowe pole przyłożone i minus pole podkładu. Między nimi znak jest odwrócony i dlatego odwrócenie zwykłego zewnętrznego magnesu blisko zerowego pola odwraca kierunek obrotu wirnika.

Temperatura też jest tu dźwignią, i to nietypową: ogrzanie płytek tłumi własną anizotropię optyczną materiału, więc moment siły spada przy każdej odległości, a nie dopiero powyżej długości fali termicznej. Źródło podaje to dla 30, 100 i 300 kelwinów przy dziesięciu teslach. Nie podaje żadnego współczynnika, więc żadna krzywa temperaturowa nie jest rysowana. 30, 100, 300 K

Odległość zachowuje się inaczej niż w litym krysztale jednoosiowym. W opóźnionym reżimie niskotemperaturowym moment siły spada jak odwrotność sześcianu odległości, od mniej więcej 200 nanometrów aż do 80 mikrometrów; opóźniona granica wysokotemperaturowa zanika wykładniczo na tym sześcianie, niesiona w całości przez pierwszy wyraz Matsubary; a granica nieopóźniona nie podlega żadnemu prostemu prawu potęgowemu. Trzy sygnatury, których pomiar może szukać. 1/d3, 200 nm – 80 µm

Drugi przełącznik tej karty zagadnienia to siła, a nie moment siły, i pochodzi z innej karty: napięcie w kierunku przewodzenia na półprzewodniku nadaje emitowanym przez niego fotonom potencjał chemiczny, a arsenek galu naprzeciw złota staje się odpychający powyżej kilkuset nanometrów, przy czym przejście wędruje do środka z 850 na 540, potem 400 i 380 nanometrów wraz ze wzrostem napięcia. To właśnie utrzymywałoby wirnik, gdy pole go obraca. Nie jest to rysowane na osi momentu siły. 850 – 540 – 400 – 380 nm

Skąd bierze się energia. Magnes dostarcza pole, podłoże dostarcza podkład, a zasilacz utrzymuje półprzewodnik powyżej stanu spoczynku; obrócenie wirnika to praca, za którą płacą te trzy źródła. Próżnia wnosi sprzężenie — siłę i skręcanie między powierzchniami, które w innym razie potrzebowałyby silnika między sobą — a niezwykłe jest to, że to sprzężenie w ogóle ma wyłącznik.

Zakres: zależność altermagnetycznego momentu Casimira od pola, kąta i znaku, narysowana na osi względnej, obok opublikowanych momentów na jednostkę powierzchni dla powierzchni pofalowanych i dwójłomnych oraz czułości wahadła, które by je zmierzyło. Nie są modelowane bezwzględne wielkości altermagnetyczne, rachunek Lifszyca stojący za którymkolwiek z wyników, wytwarzanie ani dynamika obrotu wirnika. 30 nm, 30 K

W eksperymencie z 2018 roku zmierzono moment Casimira między ciekłym kryształem a czterema płytkami dwójłomnymi. Moment zmieniał się jak sinus podwojonego kąta skręcenia, z wielkością i znakiem zgodnymi z teorią. Przełączalny wirnik altermagnetyczny to odrębna propozycja określająca materiały, geometrię, warunki i przewidywany kształt; to źródło nie opisuje zmontowanego wirnika.

Benjamin Spreng, Calum Shelden, Tao Gong i Jeremy Munday pokazują, że skromne napięcie w kierunku przewodzenia przyłożone do półprzewodnika nadaje jego emitowanym fotonom potencjał chemiczny, i że dodanie tego pchnięcia do zwyczajnego przyciągania Casimira odwraca znak — arsenek galu naprzeciw złota staje się odpychający powyżej kilkuset nanometrów, przy czym punkt przejścia przesuwa się bliżej wraz ze wzrostem napięcia, a w geometrii sfera-płytka, którą każde laboratorium Casimira już posiada, przewiduje się dziesiątki do setek pikoniutonów odpychania (Casimir repulsion with biased semiconductors, 2024). Zixuan Dai i Qing-Dong Jiang pokazują, że altermagnesy — magnesy bez netto namagnesowania, których wzór spinowy jest związany z symetrią obrotową samego kryształu — rozwijają moment obrotowy Casimira pod polem przechodzącym prosto przez płytki, co nie wyróżnia żadnego kierunku w płaszczyźnie w ogóle; moment rośnie jak kwadrat pola, a magnetyczna podkładka wybiera, w którą stronę się obraca (Vacuum Torque Without Anisotropy: Switchable Casimir Torque Between Altermagnets, 2026). Sam moment obrotowy jest ustaloną gałęzią tego tematu (Recent developments on the Casimir torque, 2022).

Eksperyment albo budowa

Wykonaj dysk z materiału altermagnetycznego zawieszony dziesiątki nanometrów nad drugim, z cewką dostarczającą pole prostopadłe do płaszczyzny i linią polaryzującą na półprzewodnikowej podkładce dystansowej. Odczytaj obrót optycznie. Przemiataj pole i potwierdź, że moment obrotowy podąża za jego kwadratem; odwróć podkładkę i potwierdź, że kierunek się odwraca; przyłóż polaryzację i potwierdź, że pojawia się gałąź lewitująca. Pomiarem rozstrzygającym jest moment obrotowy w niutonometrach jako funkcja przyłożonego pola, ze znakiem odwracanym na żądanie i całą krzywą wracającą do zera, gdy zarówno pole, jak i napięcie polaryzujące zostaną usunięte. Urządzenie próżniowe, które daje się wyłączyć, to urządzenie próżniowe, w które można uwierzyć.

Kontekst badań

Obie połówki to pełne propozycje teoretyczne z nazwanymi materiałami, geometriami i przewidzianymi wielkościami; żadna nie została jeszcze złożona w jedną maszynę.

Podejmij tę kartę

Pomiar, który rozstrzyga
Pomiarem rozstrzygającym jest moment obrotowy w niutonometrach jako funkcja przyłożonego pola, ze znakiem odwracanym na żądanie i całą krzywą wracającą do zera, gdy zarówno pole, jak i napięcie polaryzujące zostaną usunięte.
Ile kosztuje start
Uniwersytet.
Inżynier, którego kształtuje
To karta, na której inżynieria asymetrii w próżni przestaje być hasłem, a staje się częścią z kartą katalogową.

Na czym się opiera

Gdzie leży w programie

Fizyka Casimira i inżynieria sił próżni