Les physiciens quantiques du groupe de recherche d'Oriol Romero-Isart à Innsbruck montrent dans deux publications actuelles que, malgré le théorème d'Earnshaw, les nano-aimants peuvent être mis en lévitation de manière stable dans un champ magnétique statique externe grâce aux principes de la mécanique quantique. Le moment cinétique quantique des électrons, qui provoque aussi le magnétisme, est responsable de ce mécanisme.

Déjà en 1842, Le mathématicien britannique Samuel Earnshaw a prouvé qu'il n'y a pas de configuration stable d'aimants permanents en lévitation. Si un aimant est en lévitation au-dessus d'un autre, la moindre perturbation fera planter le système. Le dessus magnétique, un jouet populaire, contourne le théorème d'Earnshaw :lorsqu'il est perturbé, le mouvement de giration du sommet provoque une correction du système et la stabilité est maintenue. En collaboration avec des chercheurs du Max Planck Institute for Quantum Optics, Munich, physiciens du groupe de recherche Oriol Romero-Isart à l'Institut de physique théorique, Université d'Innsbruck, et l'Institut d'optique quantique et d'information quantique, Académie autrichienne des sciences, ont maintenant montré que :« Dans le monde quantique, de minuscules nanoparticules non giratoires peuvent léviter de manière stable dans un champ magnétique. " dit Oriol Romero-Isart.

Stabilité causée par l'effet gyromagnétique

Albert Einstein et le physicien néerlandais Wander Johannes de Haas ont découvert en 1915 que le magnétisme est le résultat de principes de mécanique quantique :le moment angulaire quantique des électrons, ou ce que l'on appelle le spin électronique. Les physiciens du groupe de recherche d'Oriol Romero-Isart ont maintenant montré que le spin des électrons permet la lévitation stable d'un seul nano-aimant dans un champ magnétique statique, ce qui devrait être impossible selon le théorème classique d'Earnshaw. Les physiciens théoriciens ont effectué des analyses de stabilité complètes en fonction du rayon de l'objet et de la force du champ magnétique externe. Les résultats ont montré que, en l'absence de dissipation, un état d'équilibre apparaît. Ce mécanisme repose sur l'effet gyromagnétique :Lors d'un changement de direction du champ magnétique, un moment cinétique se produit parce que le moment magnétique se couple avec le spin des électrons. "Cela stabilise la lévitation magnétique du nano-aimant, " explique le premier auteur Cosimo Rusconi. De plus, les chercheurs ont montré que l'état d'équilibre des nano-aimants à lévitation magnétique présente un enchevêtrement de ses degrés de liberté.

Nouveau domaine de recherche

Oriol Romero-Isart et son équipe sont optimistes quant au fait que ces nano-aimants en lévitation pourront bientôt être observés expérimentalement. Ils ont fait des suggestions sur la manière d'y parvenir dans des conditions réalistes. Les nano-aimants en lévitation sont un nouveau domaine de recherche expérimentale pour les physiciens. Des études de nano-aimants dans des conditions instables pourraient conduire à la découverte de phénomènes quantiques exotiques. En outre, après couplage de plusieurs nano-aimants, Le nanomagnétisme quantique pourrait être simulé et étudié expérimentalement. Les nano-aimants en lévitation sont également d'un grand intérêt pour les applications techniques, par exemple pour développer des capteurs de haute précision.