Forskere lokker til partikler til dannelse af hvirvler ved hjælp af magnetfelter

I en ny undersøgelse, der blev offentliggjort i sidste uge i Videnskab fremskridt , forskere ved US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory skabte små hvirvlende hvirvler ud af magnetiske partikler, giver indsigt i den adfærd, der styrer sådanne systemer - hvilket åbner nye muligheder for materialer og enheder med nye egenskaber.

Argonne -fysikeren Alexey Snezhko og hans kolleger vippede en bunke små magnetiske mikropartikler, hver omtrent lige så stor som diameteren på et menneskehår, i et fad med væske med en konkav bund. Derefter anvendte de et oscillerende magnetfelt og pillede med parametrene, observere partiklernes adfærd, da de begyndte at rulle. Med de helt rigtige indstillinger, partiklerne samledes spontant til en hvirvlende hvirvel.

"Det er lidt som om du tilfældigt smed en flok bolde ned på et poolbord, og de begyndte at hvirvle i en cirkel, da de rullede, "Snezhko sagde." Vores undersøgelse involverer kortlægning af dette aktive system og dets adfærd, som kunne inspirere nye materialer og enheder med unikke muligheder. "

Opdagelsen er af interesse i det voksende felt kaldet "aktivt stof" eller "aktive systemer, "hvor grupper af individuelle agenter bruger energi fra deres omgivelser til at danne organiserede systemer. Dette beskriver adfærden hos fugleflokke, fiskeskoler og endda den måde, vores celler bygger deres indre strukturer på.

Lignende principper styrer disse systemers adfærd på trods af deres meget forskellige sammensætning og oprindelse, og forskere ønsker at udnytte disse principper til at bygge nye aktive materialer med unikke egenskaber - såsom materialer, der kunne helbrede sig selv, ændre deres egenskaber som reaktion på eksterne stimuli eller give nye funktionaliteter.

For eksempel, Snezhko sagde, hvirvlerne kunne bruges til at transportere last i bittesmå mikrofluidiske enheder-såsom biochips eller labs-on-a-chip-eller til at skabe hvirvlende væskebevægelse omkring dem for at blande komponenter i mikroskalaen.

Snezhko og hans kolleger fandt også ud af, at "støj" fra partikels overfladefejl ofte var en nøgle til at udløse den flokkende adfærd.

I modsætning til tidligere undersøgelser af lignende systemer i Argonne, der opdagede, for eksempel, hvordan man danner bevægelige slanger ud af mikropartikler, som kun kan samles på overfladen af ​​en væske, disse hvirvler findes i løs væske - i den faste bund af en beholder fuld af væske. Dette giver mere alsidighed til dem, der ønsker at lave små maskiner ved hjælp af disse principper.