Крутіше за спінери: наномагніти левітують завдяки квантовій фізиці

Козімо Русконі та Оріол Ромеро-Ізарт
Козімо Русконі (ліворуч) та Оріол Ромеро-Ізарт (праворуч) грають з левітроном для ілюстрації своєї роботи з наномагнітами. Джерело: IQOQI nnsbruck/M.R.Knabl

У двох нових публікаціях дослідники показали, що попри положення 175-річної фізичної теорії, яка спростовує таку можливість, наномагніти все ж можуть стабільно левітувати у зовнішньому магнітному полі. Виявляється, це дозволяють принципи квантової механіки.

У 1842 році британський математик Самуель Ерншоу довів, що у звичайних умовах неможливо забезпечити постійну конфігурацію магнітів, що левітують. Якщо дати одному магніту ширяти над іншим, найменший рух може зруйнувати баланс. Такий результат ми завжди отримували, якщо проводили цей експеримент у побутових умовах чи в лабораторії.

Нещодавно міжнародна команда фізиків показала, що “у квантовому світі крихітні наночастинки у спокої здатні стабільно левітувати у магнітному полі”.

Гіромагнітний ефект

Нове відкриття пов’язане з роботами Альберта Айнштайна[*] та голландського фізика Вандера Йоганнес де Хааза, який пояснив магнетизм у 1915 році виходячи з квантової механіки – як результат квантового кутового моменту електронів або спіна електрона.

Що з’ясували дослідники? Вони виявили, що спін електрона дозволяє окремому наномагніту стабільно левітувати у постійному магнітному полі. Досі вчені не уявляли таку можливість, оскільки у лабораторіях для стабілізації застосовувався гіроскопічний ефект або динамічне (змінне) магнітне поле.

Магнітна левітація у постійному магнітному полі. Дзиґа утримується у відносно стабільному стані завдяки гіроскопічному ефекту, а магнітні сили забезпечують левітацію: баланс сили тяжіння та сил відштовхування магнітних полюсів (диполів). Якщо дзиґа перестане обeртатися довкола своєї осі, вона втратить рівновагу та впаде. Праворуч – класичний гіроскоп, який прецесує під дією гіроскопічних сил. Джерело: YouTube | DreRandom

У своїй роботі фізики показали, як гіромагнітний ефект забезпечує баланс та підтримує процес.

“Квантові механічні властивості, які непомітні у макроскопічному світі, та які сильно впливають на нанооб’єкти, відповідальні за це явище.”

– розповів фізик Оріол Ромеро-Ізарт, який очолював дослідження.

Левітація у наномагнітів – це абсолютно нове та цікаве поле для експериментальних досліджень, яке обіцяє подальше відкриття екзотичних квантових явищ.

Дослідники вважають, що відкритий ефект вже незабаром можна буде реалізувати у лабораторних умовах.

Physical Review Letters (2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.167202

41 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Непомітна революція у матеріалах: двовимірний галій, нове скло та фотоніка

Дослідники з різних університетів світу продовжують експериментувати з новими матеріалами. Лише останнім часом вони встигли створити новий вид…
Далі

На один крок ближче до надпровідників при кімнатних температурах

Надпровідники - Святий Грааль енергоефективності. Ці приголомшливі матеріали дозволяють електричному струму текти вільно без опору. Але це відбувається, як правило, тільки при температурах близьких до абсолютного нуля (мінус 273 градуса), що сильно ускладнює їх використання.