Real Sociedad Española de Física - RSEF

Hacia el control total de los campos magnéticos Destacado

Jordi Prat-Camps, Carles Navau y Àlvar Sánchez, Departamento de Física, Universitat Autònoma de Barcelona

Vivimos rodeados de electromagnetismo. La electricidad que consumimos se genera en turbinas que contienen potentes imanes, la información digital se almacena en dispositivos de soporte magnético y algunas de las pruebas médicas más avanzadas emplean tecnologías magnéticas (resonancia magnética nuclear -RMN-, detección de microcorrientes del cerebro mediante sensores magnéticos de alta sensibilidad, etc.).

Todos esos avances han sido posibles gracias al estudio del electromagnetismo, cuyos pilares fundamentales J. C. Maxwell asentó y condensó en sus cuatro célebres ecuaciones. Curiosamente, en una disciplina tan madura aun existen desafíos a los que no se ha hallado solución y que permitirían nuevos desarrollos tecnológicos.

 

Si nos centramos en los campos magnéticos estáticos, el decaimiento natural de los campos impide, por ejemplo, la transmisión de campo magnético a través de un espacio vacío hasta puntos distantes de las fuentes (lo que supone una gran diferencia respecto a los campos electromagnéticos, cuya propagación sí permite la transmisión de señales a grandes distancias). Tampoco es posible, a día de hoy, la concentración de campos magnéticos intensos en puntos determinados del espacio, lo cual sería de gran valía en el guiado de partículas magnéticas dentro del cuerpo humano para llevar a cabo tratamientos localizados. La imposibilidad de “desconectar” la interacción magnética de los materiales tampoco permite que pacientes con ciertos implantes magnéticos puedan someterse a pruebas basadas en el magnetismo (RMN por ejemplo).

Algunas de esas limitaciones, sin embargo, puede que pronto dejen de considerarse como tales. Una novedosa técnica matemática (denominada por su principal impulsor John Pendry como óptica de transformación) desarrollada para el control de los campos electromagnéticos y basada en las particularidades de las ecuaciones de Maxwell ha permitido llevar al terreno científico desafíos que hasta hace poco sólo había abordado la ciencia ficción. La invisibilidad, las lentes perfectas... han dejado de ser una utopía y sólo algunas dificultades tecnológicas las separan de la realidad de nuestro día a día.

En esa dirección, la aplicación de esa misma técnica a los campos magnéticos estáticos está consiguiendo superar, o como mínimo, replantear algunas de las limitaciones clásicas del magnetismo. La extrapolación del concepto de “invisibilidad” a los campos magnéticos nos ha permitido plantear y demostrar experimentalmente como un sistema bicapa (fabricada con materiales ferromagnéticos y superconductores) consigue desacoplar la interacción entre una fuente de campo y cualquier material magnético, com explicamos en un artículo reciente en Science. En un nuevo trabajo presentamos un dispositivo cilíndrico que aporta nuevas posibilidades de manipulación de los campos magnéticos permitiendo, por ejemplo, concentrarlos y expulsarlos de forma muy controlada. Nuestra propuesta podría usarse para aumentar sustancialmente la sensibilidad de los sensores magnéticos más precisos que existen en la actualidad y también nos ha permitido presentar propuestas factibles para la transmisión de campo magnético des de una fuente hasta un cierto punto distante atravesando un espacio vacío. Además hemos demostrado que el diseño permitiría aumentar la interacción mutua entre circuitos magnéticos lejanos e incluso concentrar campos magnéticos intensos en puntos del espacio vacío.

En resumen, la adecuada reinterpretación de las ecuaciones de Maxwell, que acaban de cumplir 150 años, a través de la técnica de la óptica de transformación está permitiendo, a día de hoy, seguir hallando nuevas soluciones al electromagnetismo clásico, creando nuevos enfoques y posibilidades. Sin duda, el electromagnetismo seguirá siendo parte de nuestras vidas.

Referencias

Experimental Realization of a Magnetic Cloak
F. Gömöry et alScience335, 1466-1468 (2012).

Magnetic Energy Harvesting and Concentration at a Distance by Transformation Optics
C. Navau, J. Prat-Camps and A. Sanchez. Phys. Rev. Lett. 109, 263903 (2012) 

 

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