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30 de Diciembre de 2020
Física

Un replicador magnético

Un curioso efecto crea campos magnéticos que parecen no tener fuente. O, más bien, que parecen tener como fuente la fantasmagórica copia de una fuente real.

La ilustración corresponde al campo magnético de Júpiter. No es fácil imaginar cómo podría copiarse ese campo más lejos del planeta, en el espacio vacío, pero se ha logrado hacer algo así a una escala, claro está, mucho menor: un «replicador magnético» que mide 4 centímetros de radio y 40 de largo copia un campo magnético en el vacío, a 6 centímetros de distancia de la fuente original, que es un hilo que conduce corriente situado en el eje del replicador [NASA/JPL-Caltech/Harvard/Moore et al.].

Se ha encontrado la forma de generar un campo magnético, limitado espacialmente, que copia a otro campo en una parte del espacio donde no hay ninguna fuente; el efecto, por lo tanto, es como si hubiese en ese lugar una réplica de la fuente del campo copiado. Lo han logrado Rosa Mach Batlle, de la Universdad Autónoma de Barcelona y del Instituto Italiano de Tecnología, y sus colaboradores de la Universidad Autónoma de Barcelona y de la de Sussex, gracias a un montaje cilíndrico formado por hilos conductores en los que circulan corrientes escogidas. Ese montaje viene a ser, entonces, un metamaterial magnético (un material es un ensamblaje de elementos diseñado de tal forma que dote al conjunto de propiedades imposibles en los materiales ordinarios).

El eje de ese cilindro coincide con un hilo conductor por el que pasa una corriente de una intensidad determinada (medio amperio en el experimento); las corrientes y posiciones de los hilos del cilindro que envuelven a ese hilo axial se calculan para conseguir lo mejor posible el efecto buscado. Como explica el equipo en Physical Review Letters, el metamaterial actúa sobre el campo generado por el hilo como una lente, que crea en una zona espacial fuera del cilindro una réplica del campo magnético del hilo central del cilindro, como si el hilo mismo se encontrase allí.

Existen metamateriales magnéticos desde hace algunos años. Crean efectos curiosos. Algunos de los autores del experimento reseñado aquí habían participado ya en otros anteriores, también de la Autónoma de Barcelona, que produjeron un «agujero de gusano» magnético y una «capa de mago» que transformaba un objeto magnético en otro. De forma semejante a como ocurre con los metamateriales ópticos, que tienen un índice de refracción negativo, los metamateriales magnéticos poseen una permeabilidad magnética negativa. No hay sustancias con esa propiedad, pero es posible acercarse a ella con disposiciones especiales de los hilos conductores.

Mach Batlle y sus colaboradores demostraron además que podían manipular por medio de su metalente un campo magnético del exterior: si en el «foco», es decir, donde se proyecta la imitación del hilo central, se coloca un hilo real cuya corriente es igual en intensidad a la de este pero que circula en sentido contrario, su campo quedará anulado en la zona de medición por el campo de la réplica del hilo central.

Esta capacidad apunta hacia posibles aplicaciones prácticas del dispositivo. Una consistiría en producir campos magnéticos intensos locales en objetos cuyo interior resulta, si no, inaccesible; por ejemplo, en el cuerpo humano. Así, según el grupo de investigadores, se podría guiar la administración de fármacos localmente o incluso se podrían dirigir nanomáquinas hacia su objetivo. Otra aplicación consistiría en la simulación magnética local de zonas concretas del cerebro.

Lars Fischer

Referencia: «Tailoring Magnetic Fields in Inaccessible Regions», de Rosa Mach Batlle, Mark G. Bason, Nuria Del Valle y Jordi Prat Camps, en Physical Review Letters 125, 177204; puede leerse la prepublicación, arXiv:1912.12477 [physics.class-ph].

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