操縱於無形,科學家發現從遠端控制磁場的新方法

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 30 日 14:11 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


想像一下,醫生從體外以體內腫瘤為中心產生磁場,然後引導由磁性奈米粒子製成的抗腫瘤膠囊藥物前往患處,無需進行侵入性手術就能協助對抗腫瘤,這就是最近科學家新找到從遠處產生、消除磁場的新方法用途之一。

磁場強度會隨著與磁體距離拉遠而減弱,而於 1842 年被證明的恩紹定理(Earnshaw’s theorem)指出,我們不可能在空無一物的空間產生最大磁場,義大利技術研究院物理學家 Rosa Mach-Batlle 對此解釋:如果無法在空曠區域獲得最大磁場,代表我們無法在沒有實際磁體的情況下從遠端產生磁場。

但 Mach-Batlle 團隊認為,超材料(Metamaterial)可以打破這項侷限。研究人員預想有一種材料的磁導率(材料在暴露於磁場時會增加或減小磁場的程度)為 -1,這種材料內感應的磁化方向將與初始磁場方向相反。但如果不存在具有負磁導率的假想材料,也可以透過流過特定導線的電流來創建一種「臨時材料」。

研究團隊便使用精確的電流排列方式作為活性超材料,使電流流過特殊電線布置,以產生看起來好像來自另一個電源的磁場。首先他們製造出一個外部約 20 條金屬絲圍繞著一根內部金屬的空心圓柱體,當電流流經這些導線時會產生一個磁場,結果看起來就像內部導線實際上在設備外部一樣。

與此同時,研究人員發現了一種繞開恩紹定理的方法,發現遠端控制磁場的可能應用包括:量子技術與量子計算,能透過消除外部磁場的「噪音」以避免影響實驗讀數;神經影像學,在「經顱磁刺激(rTMS)」手術中,醫生可以更仔細處理需要刺激的大腦區域,比如治療抑鬱症;生物醫學,能從外部磁場操縱在體內移動的奈米機器人或磁性奈米粒子,改善體內藥物輸送方式或磁熱療。

新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

(首圖來源:論文