Още през 1842 г. британският математик Самюел Ърншоу демонстрира, че няма стабилна конфигурация на левитиращи постоянни магнити. Ако един магнит левитира над друг, най-малкото смущение ще доведе до заключване на системата. Магнитният връх, популярна играчка, избягва теоремата Earnshaw: Когато се наруши, въртящото се движение на върха причинява корекция на системата и се поддържа стабилност.
В сътрудничество с изследователи от Института за квантова оптика Макс Планк, Мюнхен, физици от изследователската група Oriol Romero-Isart към Института по теоретична физика към Университета в Инсбрук и Института за квантова оптика и квантова информация, Австрийска академия на науките, сега са показали, че: "В квантовия свят малките невъртящи се наночастици могат стабилно да левитират в магнитно поле." „За това явление са отговорни квантово-механичните свойства, които не са забележителни в макроскопичния свят, но силно влияят на нано обекти“, казва Ориол Ромеро-Исарт.
Стабилност, причинена от гиромагнитен ефект
Алберт Айнщайн и холандският физик Вандер Йоханес де Хаас откриват през 1915 г., че магнетизмът е резултат от квантово-механичните принципи: квантовият ъглов момент на електроните или така наречения спин на електроните. Сега физиците от изследователската група на Oriol Romero-Isart показаха, че спинът на електроните позволява стабилна левитация на единичен наномагнит в статично магнитно поле, което би трябвало да е невъзможно според класическата теорема на Earnshaw. Теоретичните физици извършиха изчерпателни анализи на стабилността в зависимост от радиуса на обекта и силата на външното магнитно поле. Резултатите показаха, че при липса на разсейване се появява равновесно състояние. Този механизъм се основава на гиромагнитния ефект: при промяна в посоката на магнитното поле се получава ъглов момент, тъй като магнитният момент е съчетан с въртенето на електроните. "Това стабилизира магнитната левитация на наномагнита", обяснява първият автор Козимо Рускони. Освен това изследователите демонстрираха, че състоянието на равновесие на магнитно левитираните наномагнити показва заплитане на техните степени на свобода.
Нова област на изследване
Ориол Ромеро-Изарт и неговият екип са оптимисти, че тези левитирани наномагнити скоро могат да бъдат наблюдавани експериментално. Те са направили предложения как това може да бъде постигнато при реалистични условия. Левитиращите наномагнетици са ново поле на експериментални изследвания за физиците. Изследванията на наномагнетици при нестабилно състояние могат да доведат до откриването на екзотични квантови явления. Освен това, след свързването на няколко наномагнетика, квантовият наномагнетизъм може да бъде симулиран и изследван експериментално. Левитиращите наномагнити също представляват голям интерес за технически приложения, например за разработване на високо прецизни сензори.
Изследването беше подкрепено от австрийското федерално министерство на науката, изследванията и икономиката BMWFW и Европейския изследователски съвет ERC.