冲绳科学技术研究所（OIST）的量子机械部门研究人员正致力于开发一种革命性的悬浮材料，这种物质能够在绝对没物理接触或机械支持的情况下稳定地保持悬浮状态。

  近期，由杰森·特瓦姆利（Jason Twamley）教授领导的OIST研究团队，联合国际合作伙伴，成功设计了一个独特的真空悬浮平台。该平台结合了石墨和磁铁的特性，最引人注目的是它能够在没有外部电源的情况下运行，这一特点极大地推动了超灵敏传感器的发展，使得进行高精度和高效率的测量成为可能。

  他们的研究成果已经在《应用物理通讯》（Applied Physics Letters）上发表。

  悬浮技术的实现往往依赖于磁场的应用。具体来说，当超导体或“抗磁性”（diamagnetic）材料——后者为一类在磁场作用下产生反向磁场，从而被磁场排斥的物质，被置于磁铁之上时，便可实现悬浮。这一原理已经被应用于开发多种先进的科学仪器和日常设备中的高性能传感器。

  当外部磁场与抗磁性材料接触时，这些材料将产生一个方向相反的磁场，进而产生一种排斥力，使得物体能够被推离磁场。因此，抗磁性材料构成的物体能够在强磁场之上漂浮。例如，在磁悬浮列车技术中，利用强大的超导磁体与抗磁性材料产生的强烈磁场实现了对抗地心引力的悬浮效果。

  石墨，一种铅笔内碳的结晶形式，因其高度的抗磁性而与磁铁产生显著的排斥作用。通过在微小的石墨珠粉末表面涂覆二氧化硅，并将这种涂层粉末混合进蜡中，研究人员制造出了一个厘米级的方形薄板，该薄板能在一个网状排列的磁铁上方悬浮。

  在创建一个独立于外部能源的浮动平台时，面临几个挑战。其中，最关键的挑战是“涡流阻尼”（eddy damping）——一个振动系统在外部力作用下随时间损失能量的过程。

  当电导体，如石墨，在强磁场中移动时，由于电流的流动，能量会被耗散。这种能量损失是利用磁悬浮技术开发高级传感器的一个障碍。

  因此，冲绳科学技术研究所（OIST）的研究团队致力于开发一种可以在一定程度上完成能量损耗极低的悬浮与振荡平台。这在某种程度上预示着，一旦启动，平台即便在没有一点额外能量输入的情况下，也能持续进行长时间的振荡。这种近乎“零摩擦”状态的平台预计将开辟多种新的应用前景，特别是在开发用于测定力量、加速度和重力的创新型传感器方面。

  尽管研究团队已成功降低了涡流阻尼带来的能量损失，但他们面临的另一个挑战是如何逐步降低平台的动能。降低动能至关重要，主要有两方面的考虑：一是提高平台作为传感器的灵敏度；二是实现其量子态的运动冷却，量子效应在此发挥关键作用，为高精度测量提供新的可能性。要打造一个真正的零摩擦自维持悬浮平台，必须克服涡流阻尼和动能的双重挑战。

  研究人员通过开发一种基于石墨的新型材料来应对这些挑战，通过化学改造使石墨成为电绝缘体，这不仅阻止了能量的损失，还能实现在真空中的悬浮。

  在他们的实验中，通过持续监控平台的动态，并利用这些即时数据施加一个精确的反馈磁力以抑制平台的运动，实际上达到了冷却平台运动、明显降低其速度的效果。

  特瓦姆利教授解释说：“热量引起运动，但通过实时监控并向系统反馈纠正措施，我们大家可以降低这种运动。反馈机制会调整系统的阻尼率——即系统能量损失的速度。因此，通过主动控制阻尼，我们有效地降低了系统的动能，实现了系统的冷却。”

  他补充道：“如果冷却做得足够好，我们的悬浮平台甚至有可能超越目前已开发的最为灵敏的原子重力仪。这类尖端设备依靠观测原子行为来精确测量重力。”

  涂覆石墨和实验装置科学家们用化学方法在每个石墨颗粒表面涂上一层电绝缘二氧化硅。聚乙二醇（PEG）有助于二氧化硅与石墨表面结合。涂过涂层的石墨颗粒与蜡混合后，被塑造成绝缘的抗磁板

  平板悬浮在交替的南北极磁铁上。该系统与振动隔离，并保持在高真空环境中。镜子用于监测平板的垂直运动（位置和速度），反馈回路用于减少其运动

  然而，特瓦姆利教授也指出，要实现如此高的精确度，一定要进行精细的工程设计来确保平台不受振动、磁场和电磁干扰等外因的影响。目前，他们的研究工作集中在完善这些隔离系统上，目的是为了最大限度地挖掘这一技术的潜力。

  特瓦姆利教授领导的研究团队正在探索使用悬浮材料创建机械振荡器的新途径，即那些能够围绕一个中心点进行重复或周期性运动的系统。这类振荡现象都会存在于各种场景中，如钟摆、弹簧连接的质量块以及声学系统等。

  这项研究为发展超灵敏传感器和对振荡平台做精确控制打开了新的可能性。通过结合悬浮技术、电绝缘处理和实时反馈机制，特瓦姆利教授及其团队正在推进材料科学和传感器技术向前发展。