A livello atomico, un bicchiere d'acqua e un cucchiaio di sale cristallino non potrebbero essere più diversi. Gli atomi d'acqua si muovono liberamente e casualmente, mentre i cristalli di sale sono bloccati in posizione in un reticolo. Ma alcuni nuovi materiali, recentemente studiato dai ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory, mostrano un'intrigante propensione a comportarsi a volte come l'acqua e a volte come il sale, conferendo loro interessanti proprietà di trasporto e mantenendo potenziali promesse per applicazioni come la miscelazione e la consegna nell'industria farmaceutica.

Questi cosiddetti materiali attivi contengono piccole particelle magnetiche che si auto-organizzano in corte catene di particelle, o filatori, e formano una struttura reticolare quando viene applicato un campo magnetico. "I materiali attivi hanno bisogno di una fonte di energia esterna per mantenere la loro struttura, " ha detto lo scienziato dei materiali di Argonne Alexey Snezhko, un autore dello studio.

A differenza dei precedenti esperimenti che coinvolgono materiali attivi, che ha esaminato le particelle che hanno dimostrato il movimento lineare, questi nuovi spinner acquisiscono una manualità, come la mano destra o sinistra, che li fa ruotare in una direzione specifica.

Questa rotazione vorticosa degli spinner in nichel autoassemblati sospesi crea un effetto simile a un vortice, in cui particelle diverse possono essere risucchiate nei vortici creati dai loro vicini. "Le particelle non si muovono da sole, ma possono essere trascinati in giro, " ha detto Snezhko. "La cosa interessante è che puoi avere queste strutture che ruotano molto rapidamente che danno l'aspetto di un sistema ancora più grande che è ancora, ma rimane abbastanza attivo."

Quando le particelle iniziano ad unirsi, i vortici creati dal movimento rotatorio, in concomitanza con le interazioni magnetiche, li attirano ancora più vicino, creando un materiale fisso simile al cristallino, anche se gli spinner continuano a ruotare.

I ricercatori di Argonne volevano sapere come sarebbe stata trasportata una particella senza spinner attraverso il reticolo attivo. Secondo Snezhko, il rapido vortice degli spinner crea la capacità di queste altre particelle di carico di muoversi attraverso il reticolo molto più rapidamente di quanto farebbero attraverso un materiale normale. "Nella diffusione regolare, il processo per portare una particella da un lato all'altro del materiale dipende dalla temperatura e richiede un periodo di tempo molto più lungo, " Egli ha detto.

Il trasporto di una particella non rotante dipende anche dalla distanza tra i filatori. Se gli spinner sono sufficientemente distanti, la particella non-spinner viaggerà caoticamente tra diversi spinner, come una zattera che percorre una serie di rapide. Se le particelle nel reticolo si avvicinano, la particella non-spinner può rimanere intrappolata in una singola cella del reticolo.

"Una volta che la particella entra in una cellula attraverso il proprio movimento caotico, possiamo modificare il campo in modo che il reticolo si restringa leggermente, rendendo molto bassa la probabilità che la particella lasci quella posizione nel reticolo, " ha detto Snezhko.

Il materiale ha anche mostrato la capacità di auto-ripararsi, simile a un tessuto biologico. Quando i ricercatori hanno fatto un buco nel reticolo, il reticolo riformato.

Osservando i sistemi con moto puramente rotatorio, Snezhko ei suoi colleghi credono di poter progettare sistemi con caratteristiche di trasporto specifiche. "Ci sono molti modi diversi per ottenere un oggetto in un materiale dal punto A al punto B, e questo tipo di autoassemblaggio potrebbe essere adattato a diverse dinamiche, " Egli ha detto.

Un documento basato sullo studio, "Struttura riconfigurabile e trasporto sintonizzabile in materiali spinner attivi sincronizzati, " apparso nel numero del 20 marzo di Progressi scientifici .