Deja în 1842, matematicianul britanic Samuel Earnshaw a dovedit că nu există o configurație stabilă a magneților permanenți care levitează. Dacă un magnet este levitat deasupra altuia, cea mai mică perturbare va provoca prăbușirea sistemului. Blatul magnetic, o jucărie populară, ocolește teorema Earnshaw: Când este deranjată, mișcarea de rotire a vârfului provoacă o corecție a sistemului și se menține stabilitatea.

levitează

În colaborare cu cercetători de la Institutul Max Planck pentru Optică Cuantică, München, fizicienii din grupul de cercetare al lui Oriol Romero-Isart la Institutul pentru Fizică Teoretică, Universitatea din Innsbruck și Institutul pentru Optică Cuantică și Informații Cuantice, Academia de Științe din Austria, au acum a arătat că: „În lumea cuantică, nanoparticulele mici care nu girează pot levita stabil într-un câmp magnetic.” „Proprietățile mecanice cuantice care nu sunt vizibile în lumea macroscopică, dar care influențează puternic nano obiectele, sunt responsabile pentru acest fenomen”, spune Oriol Romero-Isart.

Stabilitate cauzată de efectul giromagnetic

Albert Einstein și fizicianul olandez Wander Johannes de Haas au descoperit în 1915 că magnetismul este rezultatul principiilor mecanice cuantice: impulsul unghiular cuantic al electronilor sau așa-numitul spin al electronilor. Fizicienii din grupul de cercetare al lui Oriol Romero-Isart au arătat acum că spinul electronic permite levitația stabilă a unui singur nanomagnet într-un câmp magnetic static, ceea ce ar trebui să fie imposibil în conformitate cu teorema clasică a lui Earnshaw. Fizicienii teoretici au efectuat analize complete de stabilitate în funcție de raza obiectului și de puterea câmpului magnetic extern. Rezultatele au arătat că, în absența disipării, apare o stare de echilibru. Acest mecanism se bazează pe efectul giromagnetic: la schimbarea direcției câmpului magnetic, apare un moment unghiular, deoarece momentul magnetic se cuplează cu rotirea electronilor. „Acest lucru stabilizează levitația magnetică a nanomagnetului”, explică primul autor Cosimo Rusconi. În plus, cercetătorii au arătat că starea de echilibru a nanomagnetilor levitați magnetic prezintă încurcarea gradelor sale de libertate.

Nou domeniu de cercetare

Oriol Romero-Isart și echipa sa sunt optimiști că acești nanomagneti levitați pot fi observați în curând experimental. Ei au făcut sugestii cu privire la modul în care acest lucru ar putea fi realizat în condiții realiste. Nanomagnetii levitați sunt un nou domeniu experimental de cercetare pentru fizicieni. Studiile nanomagnetilor în condiții instabile ar putea duce la descoperirea fenomenelor cuantice exotice. În plus, după cuplarea mai multor nanoimani, nano magnetismul cuantic ar putea fi simulat și studiat experimental. Nanomagnetii levitați sunt, de asemenea, de mare interes pentru aplicații tehnice, de exemplu pentru dezvoltarea de senzori de înaltă precizie.

Cercetarea a fost susținută de Ministerul Federal al Științei, Cercetării și Economiei din Austria (BMWFW) și Consiliul European de Cercetare (ERC).