Крихітні наномагніти можуть зберігати стабільність при левітації, завдяки квантовим ефектам

Крихітні наномагніти можуть левітувати в середовищі статичного магнітного поля, зберігаючи стабільність, а відповідальним за все це є квантовий кутовий момент обертання електронів.

Група дослідників з Інституту теоретичної фізики Інсбрукського університету, Інституту квантової оптики Макса Планка, Мюнхен, Німеччина, та Інституту квантової інформатики та квантової оптики австрійської Академії наук продемонстрували, що обмеження так званої теореми Ірншоу (Earnshaw’s theorem) можуть бути успішно подолані за допомогою використання деяких ефектів квантової фізики.

У 1842 році британський математик Семюель Ірншоу довів, що при левітації постійних магнітів в статичному полі неможливо знайти таку конфігурацію, яка забезпечить стабільність цієї системи. Будь-яка, навіть найменша, дія примусить магніт змінити своє становище, система стане нестабільною і зазнає краху в кінці кінців. У популярних іграшках з магнітною левітацією стабільність системи зберігається за рахунок моменту інерції обертання магнітного дзиги, який в разі будь-якої взаємодії починає рухатися по спіралі.

“Ми продемонстрували, що крихітні наномагнітні частки можуть стабільно левітовати в статичному полі” – розповідає Оріоль Ромеро-Ісарт (Oriol Romero-Isart), дослідник з Інсбрукського університету, – “Це відбувається без здійснення спіральних рухів магніту, в даному випадку роль стабілізатора виконують квантово-механічні властивості магнітної наночастинки, які не проявляються на більшому, макроскопічному рівні”.

Дослідники провели ряд теоретичних досліджень, в результаті яких було доведено, що стабільність системи з левітаційним магнітом збільшується зі зменшенням діаметра магнітної частинки і залежить ще від величини статичного поля. За збільшення стабільності системи несе відповідальність гіромагнітний ефект, що виникає в результаті реакції квантових кутових моментів обертання електронів магнітного матеріалу на зміну напрямку магнітного поля через зсув частки. В результаті цієї реакції система знову повертається в стабільний стан, що характеризується досить складною заплутаністю всіх магнітних “ступенів свободи” наночастинки-магніту.

Дослідницька група налаштована досить оптимістично і її члени впевнені в тому, що їм в найближчому часі вдасться спостерігати за стабільною левітацією магнітної наночастинки експериментальним шляхом. Подальші дослідження в даному напрямку можуть привести до відкриття невідомих ще квантових явищ, а з практичної точки зору левітаційні магнітні наночастинки можуть послужити основою для вимірювальних інструментів і нових типів датчиків, що забезпечують високу точність зроблених ними вимірювань.