Kvantfysiker i Oriol Romero-Isarts forskargrupp i Innsbruck visar i två aktuella publikationer att, trots Earnshaw's sats, nanomagneter kan stabilt leviteras i ett externt statiskt magnetfält på grund av kvantmekaniska principer. Elektronernas kvantvinkelmoment, som också orsakar magnetism, är ansvarig för denna mekanism.

Redan 1842, Den brittiska matematikern Samuel Earnshaw bevisade att det inte finns någon stabil konfiguration av svävande permanentmagneter. Om en magnet svävar över en annan, den minsta störningen gör att systemet kraschar. Den magnetiska toppen, en populär leksak, kringgår Earnshaw -satsen:När den störs, toppens vridrörelse orsakar en systemkorrigering och stabiliteten bibehålls. I samarbete med forskare från Max Planck Institute for Quantum Optics, München, fysiker i Oriol Romero-Isarts forskargrupp vid Institute for Theoretical Physics, Innsbruck universitet, och Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Österrikiska vetenskapsakademien, har nu visat att:"I kvantvärlden, små icke-gyrating nanopartiklar kan stabilt sväva i ett magnetfält. "" Kvantmekaniska egenskaper som inte märks i den makroskopiska världen men starkt påverkar nanoobjekt är ansvariga för detta fenomen, "säger Oriol Romero-Isart.

Stabilitet orsakad av gyromagnetisk effekt

Albert Einstein och den nederländska fysikern Wander Johannes de Haas upptäckte 1915 att magnetism är resultatet av kvantmekaniska principer:elektronernas kvantmomentmoment. eller så kallad elektronspinn. Fysiker i Oriol Romero-Isarts forskargrupp har nu visat att elektronspinn möjliggör stabil svävning av en enda nanomagnet i ett statiskt magnetfält, vilket borde vara omöjligt enligt den klassiska Earnshaw -satsen. De teoretiska fysikerna genomförde omfattande stabilitetsanalyser beroende på objektets radie och styrkan hos det yttre magnetfältet. Resultaten visade att i avsaknad av spridning, uppstår ett jämviktstillstånd. Denna mekanism bygger på den gyromagnetiska effekten:Vid ändring av magnetfältets riktning, en vinkelmoment uppstår eftersom magnetmomentet kopplar ihop med elektronernas snurr. "Detta stabiliserar den magnetiska svävningen av nanomagneten, "förklarar författaren Cosimo Rusconi. Dessutom har forskarna visade att jämviktstillståndet för magnetiskt leviterade nanomagneter uppvisar förvikling av dess frihetsgrader.

Nytt forskningsområde

Oriol Romero-Isart och hans team är optimistiska att dessa svävande nanomagneter snart kan observeras experimentellt. De har lagt förslag på hur detta skulle kunna uppnås under realistiska förhållanden. Leviterade nanomagneter är ett nytt experimentellt forskningsfält för fysiker. Studier av nanomagneter under instabilt tillstånd kan leda till upptäckten av exotiska kvantfenomen. Dessutom, efter att ha kopplat flera nanomagneter, quantum nano magnetism kan simuleras och studeras experimentellt. Leviterade nanomagneter är också av stort intresse för tekniska tillämpningar, till exempel för att utveckla sensorer med hög precision.