Физики Инго Реберг из Университета Байройта и Петер Блюмлер из Майнцского университета придумали, как создавать идеально ровные магнитные поля с помощью обычных магнитов — и доказали, что их метод работает. Их решение обходит классическую схему Халбаха, которая хороша только в теории, где магниты бесконечно длинные. В реальности же, когда размеры ограничены, поле получается неравномерным. Новый подход дает большую силу и однородность даже в компактных системах.

Магнитное поле однородное — это область, где сила и направление магнитного воздействия одинаковы в каждой точке. Представьте ровное давление воздуха в комнате: нет сквозняков, нигде не «дует» сильнее. Такие поля нужны, например, чтобы получать четкие изображения в МРТ или удерживать объекты в левитации без рывков.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Applied.

Исследователи рассчитали, как расположить магниты в форме колец — одиночного или двойного — чтобы поле внутри было максимально ровным. Особенно интересен вариант, когда поле фокусируется вне плоскости магнитов, например, над ними. Это открывает возможности для экспериментов, где объект нужно поместить отдельно от системы.

Теорию проверили на практике: собрали конструкцию из 16 кубических магнитов на напечатанных держателях, измерили поле — и оно точно совпало с расчетами. Новые схемы превзошли не только классический метод Халбаха, но и его модификации.

Где это пригодится

• В компактных МРТ-аппаратах: сегодня для них нужны дорогие сверхпроводящие магниты, а постоянные могли бы удешевить технологию.
• В ускорителях частиц и системах левитации — там, где критична точность поля.

Главный плюс — удешевление технологий, требующих однородных полей. Например, в странах с ограниченными ресурсами компактные МРТ на постоянных магнитах могли бы спасти тысячи жизней. Также метод полезен в лабораториях: эксперименты с магнитной левитацией или синтез материалов станут доступнее. Правда, пока речь о небольших системах — для промышленных масштабов нужны доработки.

Исследование не учитывает температурные эффекты: ферромагнетики теряют свойства при нагреве, а в реальных условиях перегрев неизбежен. Кроме того, расчеты для точечных диполей могут давать погрешности в сложных конфигурациях.

Ранее ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет химические реакции.