Maßgeschneiderte Magnetfelder in unzugänglichen Regionen

Eine spanische Arbeitsgruppe hat einen Weg gefunden, ein räumlich begrenztes Magnetfeld in einiger Entfernung von der Quelle zu erzeugen. Dazu nutzt das Team um Rosa Mach-Batlle von der Universitat Autònoma de Barcelona zylindrisch angeordnete, stromdurchflossene Drähte, die ein magnetisches Metamaterial bilden. Die Kontrolle des Magnetismus, die für eine Vielzahl von Technologien unerlässlich ist, wird durch die Unmöglichkeit beeinträchtigt, ein Maximum an Magnetfeld im freien Raum zu erzeugen. Hier schlagen die Forscher eine Strategie vor, die auf negativer Permeabilität basiert, um diese strenge Einschränkung zu überwinden. Sie demonstrieren experimentell, dass ein aktives magnetisches Material das Feld eines geraden Stromdrahtes in einem Abstand emulieren kann. Ihre Strategie führt zu einer noch nie dagewesenen Fokussierung von Magnetfeldern im leeren Raum und ermöglicht die Fernlöschung von Magnetquellen, was einen Weg zur Manipulation von Magnetfeldern in unzugänglichen Regionen eröffnet. PhysRevLett https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.177204

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Ihre Ergebnisse eröffnen einen neuen Weg zur Steuerung von Magnetfeldern aus der Ferne, mit potenziellen technologischen Anwendungen. So werden beispielsweise eine Vielzahl von Mikrorobotern und funktionalen Mikro- oder Nanopartikeln mit Hilfe von Magnetfeldern bewegt und betätigt Sie können Medikamententransport und kontrollierte Medikamentenfreisetzung, intraokulare Eingriffe an der Netzhaut oder sogar Stammzelltransplantationen durchführen. Es ist jedoch bekannt, dass der schnelle Abfall der Feldstärke mit der Zieltiefe im Körper die klinische Entwicklung einiger dieser Geräte stark einschränkt. Ein weiteres Beispiel ist die transkranielle Magnetstimulation, die Magnetfelder nutzt, um die neuronale Aktivität von Patienten mit unterschiedlichen Pathologien zu modulieren. Trotz ihres Erfolges leidet die transkranielle Magnetstimulation unter einer begrenzten Fokalität, da sie nicht in der Lage ist, spezifische Regionen zu stimulieren. Die erreichten Ergebnisse könnten beiden Technologien zugute kommen, da sie die präzise räumliche Ausrichtung von Magnetfeldern in der gewünschten Tiefe im Körper ermöglichen.

Bei konkreten Anwendungen sollte man allerdings berücksichtigen, dass der Bereich zwischen Metamaterial und Nachbildung starken Magnetfeldern ausgesetzt wäre. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist das Einfangen von Atomen, die je nach Zustand in Magnetfeldminima (Low-Field-Sucher) oder -maxima (High-Field-Sucher) eingefangen werden können. Da lokale Maxima durch das Earnshaw'sche Theorem verboten sind, werden High-Field-Sucher typischerweise im Sattelpunkt eines zeitlich schwankenden magnetischen Potentials gefangen. Diese dynamischen Magnetfallen sind jedoch im Vergleich zu Fallen für Niederfeld-Sucher sehr flach. Durch die Emulation einer magnetischen Quelle in der Ferne könnte man magnetische Potentiallandschaften mit höheren Gradienten an der gewünschten Zielposition erzeugen, was zu dichteren Fallen führt.Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse, dass eine Schale mit negativer Permeabilität magnetische Quellen in der Ferne emulieren und aufheben kann. Diese Fähigkeit, Magnetfelder aus der Ferne zu manipulieren, wird sowohl die Weiterentwicklung bestehender Technologien als auch potenziell neue Anwendungen ermöglichen, die die Anpassung von Magnetfeldern in unzugänglichen Bereichen erfordern.