操纵于无形,科学家发现从远端控制磁场的新方法-
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操纵于无形,科学家发现从远端控制磁场的新方法

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想像一下,医生从体外以体内肿瘤为中心产生磁场,然后引导由磁性奈米粒子製成的抗肿瘤胶囊药物前往患处,无需进行侵入性手术就能协助对抗肿瘤,这就是最近科学家新找到从远处产生、消除磁场的新方法用途之一。

磁场强度会随着与磁体距离拉远而减弱,而于 1842 年被证明的恩绍定理(Earnshaw’s theorem)指出,我们不可能在空无一物的空间产生最大磁场,义大利技术研究院物理学家 Rosa Mach-Batlle 对此解释:如果无法在空旷区域获得最大磁场,代表我们无法在没有实际磁体的情况下从远端产生磁场。

但 Mach-Batlle 团队认为,超材料(Metamaterial)可以打破这项侷限。研究人员预想有一种材料的磁导率(材料在暴露于磁场时会增加或减小磁场的程度)为 -1,这种材料内感应的磁化方向将与初始磁场方向相反。但如果不存在具有负磁导率的假想材料,也可以透过流过特定导线的电流来创建一种「临时材料」。

研究团队便使用精确的电流排列方式作为活性超材料,使电流流过特殊电线布置,以产生看起来好像来自另一个电源的磁场。首先他们製造出一个外部约 20 条金属丝围绕着一根内部金属的空心圆柱体,当电流流经这些导线时会产生一个磁场,结果看起来就像内部导线实际上在设备外部一样。

与此同时,研究人员发现了一种绕开恩绍定理的方法,发现远端控制磁场的可能应用包括:量子技术与量子计算,能透过消除外部磁场的「噪音」以避免影响实验读数;神经影像学,在「经颅磁刺激(rTMS)」手术中,医生可以更仔细处理需要刺激的大脑区域,比如治疗抑郁症;生物医学,能从外部磁场操纵在体内移动的奈米机器人或磁性奈米粒子,改善体内药物输送方式或磁热疗。

新论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

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