In un nuovo studio pubblicato la scorsa settimana in Progressi scientifici , i ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory hanno creato minuscoli vortici vorticosi di particelle magnetiche, fornendo informazioni sul comportamento che governa tali sistemi, il che apre nuove opportunità per materiali e dispositivi con nuove proprietà.

Il fisico di Argonne Alexey Snezhko e i suoi colleghi hanno rovesciato un mucchio di minuscole microparticelle magnetiche, ciascuno grande circa quanto il diametro di un capello umano, in un piatto di liquido con un fondo concavo. Quindi hanno applicato un campo magnetico oscillante e hanno armeggiato con i parametri, osservando il comportamento delle particelle mentre iniziavano a rotolare. Con le impostazioni giuste, le particelle si fusero spontaneamente in un vortice vorticoso.

"È un po' come se lanciassi a caso un mucchio di palline su un tavolo da biliardo, e cominciarono a vorticare in cerchio mentre rotolavano, " Snezhko ha detto. "Il nostro studio prevede la mappatura di questo sistema attivo e dei suoi comportamenti, che potrebbe ispirare nuovi materiali e dispositivi con capacità uniche."

La scoperta è di interesse nel campo in crescita chiamato "materia attiva" o "sistemi attivi, " in cui gruppi di singoli agenti utilizzano energia dai loro ambienti per formare sistemi organizzati. Questo descrive il comportamento di stormi di uccelli, banchi di pesci e anche il modo in cui le nostre cellule costruiscono le loro strutture interne.

Principi simili governano il comportamento di questi sistemi nonostante la loro composizione e le loro origini molto diverse, e gli scienziati vogliono sfruttare questi principi per costruire nuovi materiali attivi con proprietà uniche, come i materiali che potrebbero guarire se stessi, modificare le proprie proprietà in risposta a stimoli esterni o fornire nuove funzionalità.

Per esempio, Snezhko ha detto, i vortici potrebbero essere utilizzati per trasportare merci in minuscoli dispositivi microfluidici, come biochip o lab-on-a-chip, o per creare un movimento fluido vorticoso attorno a loro per mescolare componenti su microscala.

Snezhko e i suoi colleghi hanno anche scoperto che il "rumore" delle imperfezioni della superficie delle particelle era spesso la chiave per innescare il comportamento del floccaggio.

A differenza di precedenti studi su sistemi simili ad Argonne che hanno scoperto, ad esempio, come formare serpenti in movimento da microparticelle, che può essere montato solo sulla superficie di un liquido, questi vortici esistono in massa liquida, sul fondo solido di un contenitore pieno di liquido. Questo offre maggiore versatilità a coloro che cercano di creare piccoli macchinari utilizzando questi principi.