I fisici quantistici del gruppo di ricerca di Oriol Romero-Isart a Innsbruck mostrano in due pubblicazioni attuali che, nonostante il teorema di Earnshaw, i nanomagneti possono essere stabilmente levitati in un campo magnetico statico esterno grazie ai principi della meccanica quantistica. Il momento angolare quantistico degli elettroni, che provoca anche magnetismo, è responsabile di questo meccanismo.

Già nel 1842, Il matematico britannico Samuel Earnshaw ha dimostrato che non esiste una configurazione stabile di magneti permanenti levitanti. Se un magnete viene levitato sopra un altro, il minimo disturbo causerà il crash del sistema. Il top magnetico, un giocattolo popolare, aggira il teorema di Earnshaw:quando è disturbato, il movimento rotatorio del piano provoca una correzione del sistema e il mantenimento della stabilità. In collaborazione con i ricercatori del Max Planck Institute for Quantum Optics, Monaco, fisici del gruppo di ricerca di Oriol Romero-Isart presso l'Istituto di Fisica Teorica, Università di Innsbruck, e l'Istituto per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica, Accademia Austriaca delle Scienze, hanno ora dimostrato che:"Nel mondo quantistico, minuscole nanoparticelle non rotanti possono levitare stabilmente in un campo magnetico." "Proprietà quantistiche meccaniche che non sono evidenti nel mondo macroscopico ma influenzano fortemente i nano oggetti sono responsabili di questo fenomeno, " dice Oriol Romero-Isart.

Stabilità causata dall'effetto giromagnetico

Albert Einstein e il fisico olandese Wander Johannes de Haas scoprirono nel 1915 che il magnetismo è il risultato di principi della meccanica quantistica:il momento angolare quantistico degli elettroni, o cosiddetto spin elettronico. I fisici del gruppo di ricerca di Oriol Romero-Isart hanno ora dimostrato che lo spin degli elettroni consente la levitazione stabile di un singolo nanomagnete in un campo magnetico statico, che dovrebbe essere impossibile secondo il classico teorema di Earnshaw. I fisici teorici hanno effettuato analisi di stabilità complete a seconda del raggio dell'oggetto e della forza del campo magnetico esterno. I risultati hanno mostrato che, in assenza di dissipazione, appare uno stato di equilibrio. Questo meccanismo si basa sull'effetto giromagnetico:al cambiamento di direzione del campo magnetico, un momento angolare si verifica perché il momento magnetico si accoppia con lo spin degli elettroni. "Questo stabilizza la levitazione magnetica del nanomagnete, " spiega il primo autore Cosimo Rusconi. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che lo stato di equilibrio dei nanomagneti a levitazione magnetica mostra l'entanglement dei suoi gradi di libertà.

Nuovo campo di ricerca

Oriol Romero-Isart e il suo team sono ottimisti sul fatto che questi nanomagneti levitati possano essere presto osservati sperimentalmente. Hanno fornito suggerimenti su come ciò potrebbe essere ottenuto in condizioni realistiche. I nanomagneti levitati sono un nuovo campo di ricerca sperimentale per i fisici. Gli studi sui nanomagneti in condizioni instabili potrebbero portare alla scoperta di fenomeni quantistici esotici. Inoltre, dopo aver accoppiato diversi nanomagneti, Il nano magnetismo quantistico potrebbe essere simulato e studiato sperimentalmente. I nanomagneti levitati sono anche di grande interesse per applicazioni tecniche, ad esempio per lo sviluppo di sensori ad alta precisione.