A nanomágnesek a kvantumfizika miatt lebegnek

Oriol Romero-Isart kvantum fizikai kutatócsapatának segítségével bemutatta, hogy Earnshaw elmélete ellenére a nanomágnesek képesek stabilan lebegni egy külső mágneses mezőben, a kvantum mechanikának köszönhetően. Ezt a mechanizmust az elektronok kvantum perdülete okozza.

Még 1842-ben Samuel Earnshaw, brit matematikus bebizonyította, hogy a lebegő permanens mágneseknek nincs stabil konfigurációja. Ha egy mágnes a másik fölött lebeg, a közöttük létrejövő legkisebb zavar hatására a rendszer összeomlik. A mágneses csiga egy népszerű játék, azonban látszólag megcáfolja ezt az elméletet, mivel amikor megzavarják, a forgómozgása korrigálja a rendszert, ezzel megőrizve a stabilitást.

A jelenség kutatásában a Innsbruck Egyetem Elméleti Fizika Intézete, a Kvantum Optika Max Planck Intézete és az AustrianTudományos Akadémia Kvantum Optika és Kvantum Információs Intézete vett részt.

“A kvantum világban a parányi nem forgó nanorészecskék stabilan lebegnek egy mágneses térben,” mondta Oriol Romero-Isart. “Ennek a jelenségnek a kiváltó okai a kvantum mechanikai tulajdonságok, amik nem észrevehetőek a makroszkópikus világban, viszont jelentősen hatnak a nano méretű objektumokra.”

1915-ben Albert Einstein és Wander Johannes de Haas, holland fizikus felfedezték, hogy a mágnesességet kvantum fizikai mechanizmusok okozzák – az elektronok kvantum perdülete vagy máshogy, az elektronok spinje. Az új kutatásban résztvevő kutatók most megmutadták, hogy az elektronok spinje teszi lehető a nanomágnesek stabil lebegését egy statikus mágneses térben, ami a klasszikus Earnshaw modell szerint lehetetlen lenne. Az elméleti fizikusok behatóan vizsgálták a stabilitást az objektumok méretének és a külső mágneses mező erejének fügvényében. Az eredmények szerint szétszóródás nélkül egy egyensúlyi állapot áll be. Ez a mechanizmus a giromágneses hatáson nyugszik. A mágneses mező irányának megváltozása esetén perdület lép fel, mivel a mágneses momentum párban áll az elektronok spinjével.

“Ez stabilizálja a mágneses lebegését a nanomágneseknél,” mondta Cosimo Rusconi, a tanulmány első szerzője.

Ezen felül a kutatók azt is megmutatták, hogy a mágneses lebegés egyensúlyi állapota összefonódást mutat a szabadsági fokával.

A csapat magabiztos abban, hogy ezeket a lebegő nanomágneseket nemsokára kísérleti úton is meg tudják majd figyelni és a jelenség különböző instabil állapotban történő vizsgálata új egzotikus kvantum jelenségek felfedezéséhez vezethet.

A nanaomágnesek lebegésének ezen felül gyakorlati felhasználása is lehet például a nagy pontosságú szenzorok esetében.

Forrás: journals.aps.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.