研究人员所采用的方法非常简单却精妙。他们受到光学领域研究的启发，应用到了一些被称为“超材料”的材料，这些材料具有一些不存在于任何自然材料中的特性。他们设想了一种磁导率（表示当某种材料暴露于磁场时会增加或减少多少磁场的参数）为-1的材料，在这样一种材料内部，所产生的磁场方向将会与初始磁场方向相反。
不过，依靠一种不存在的材料来进行模拟似乎并没有太大说服力。然而，研究人员却证实了，即使不存在这种具有负磁导率的假想材料，通过对导线进行精密地排列，也能达到仿佛使用了超材料的效果。
他们将20根笔直的导线排列成一个高40厘米、直径8厘米的空心圆柱体，再让第21根导线穿过圆柱体的中心。当电流流过这所有的21根导线时，就会在这些导线的周围区域出现一个复杂的磁场，其形状随着单个电流的强度和方向变化。
将21根笔直导线精准排列成图中所示结构，再通过控制流过每根导线的电流大小，可以产生一个在这个装置之外的虚拟导线。| 图片参考：Rosa Mach-Batlle et. al / Physical Review Letters
在实验中，物理学家们发现通过为这个结构中的每根导线设置正确的电流，就能创造出一个仿佛由一个并不存在的虚拟导线所产生的磁场，这根虚拟导线不是贯穿圆柱体的中心，而是在圆柱体外2厘米处。磁场就像是凭空出现的一样，制造出了一种磁源在远处的错觉。这种“错觉”磁场绕开了恩绍定理，令许多物理学家为之兴奋。
这项成果不仅具有理论意义，还带来了潜在的应用突破。
一个主要应用就是用于生物医学方面。比如说假如有这样一种抗癌药物，它可以通过由磁性纳米颗粒制成的胶囊而直接进入人体深处的肿瘤处，我们无法做到在肿瘤中插入磁性材料来引导纳米颗粒的路径，但这项技术可以帮助我们在肿瘤的正中心创造出一个源自于身体外部的磁场，那么就可以在通过一个没有任何侵入性伤害的过程在体内引导药物传送了。
除了药物传递之外，它还能应用于量子计算。许多量子计算机的设计都依赖于在空间中的精确位置捕获原子，这是一项困难的任务。物理学家可以借用这项技术对此加以简化，比如用它来消除一些会干扰测量结果的噪声磁场。
此外，它还能被用于神经成像技术，一种被称为“经颅磁刺激”的技术会通过磁场来激活大脑的不同区域。使用新研究中所涉及的技术，能让医生有可能更细致地定位大脑中需要刺激的区域，从而使患有阿尔茨海默病或帕金森病等神经系统疾病的患者得到更准确的诊断和治疗。
当然，这是一项还需要进一步完善和改进的技术。研究人员表示，从实验到真正投入实际应用，还将有一段漫长的路程要走。但是，一旦能真正将这种“错觉”磁场投入实际，那么它所能开启的潜在的应用将远远超出想象。为了实现这一目标，论文作者决定接下来他们将要着手设计出能够产生三维磁场的导线结构，期待这项史无前例的突破将能带给我们更多的惊喜。
参考来源：https://www.livescience.com/magnetic-fields-created-from-afar.htmlhttps://headtopics.com/us/can-you-generate-a-magnetic-field-remotely-16688009https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.177204
发表于 2020-11-28 01:03
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