🌌 Если вы когда-либо наблюдали за синхронным полётом стаи птиц или распространением волн на воде, вы видели, как природа демонстрирует удивительную способность к самоорганизации. Учёные из Университета Райса обнаружили похожий феномен в микромире: под действием вращающегося магнитного поля крошечные частицы формируют структуры с краевыми потоками, подчиняющимися законам топологической физики! 🔬
📄 Исследование опубликовано в журнале [Physical Review Research](https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.7.023094).
«Когда я увидела данные, где частицы на краях двигались быстрее, чем в центре, я поняла: это “краевые потоки”! 💡 Мы начали изучать их с помощью идей из топологической физики — области, которая стала важной благодаря квантовым вычислениям и экзотическим материалам», — говорит руководитель исследования Эвелин Тан.
🔍 В эксперименте магнитные коллоидные частицы (в 100 раз мельче песчинки) помещали в солёную воду. При вращении магнитного поля они образовывали кластеры разных форм: плотные круги или «дырявые» структуры с пустотами.
🌀 Наблюдения показали, что частицы на краях двигались быстрее, образуя «конвейер» вдоль границ. «Это краевой поток — ток, возникающий сам по себе без внешнего воздействия», — объясняет соавтор Александра Нельсон.
🛣️ Чтобы понять механизм, учёные обратились к топологической физике. «Топология — как дорожные знаки: даже если на пути ямы или стройка, поток движения остаётся неизменным благодаря форме системы», — комментирует Сибани Лиза Бисвал.
🔮 Топологические законы предсказывали, что вращение частиц вызовет движение по краям — и эксперименты это подтвердили! Интересно, что форма структуры влияла на динамику:
- Кластеры вращались как миниатюрные колёса ⏲️.
- «Дырявые» структуры сохраняли неподвижность, но их края двигались внутрь.
🧩 Это различие объясняется условиями: в кластерах частицы свободно вращались, а в крупных структурах их удерживали соседние элементы. Из-за этого кластеры меняли форму за минуты, а структуры с пустотами — намного медленнее.
💡 Открытие может революционизировать создание умных материалов: от систем точечной доставки лекарств 🏥 до микророботов! «Мы учимся управлять коллективным поведением через простые законы физики», — отмечает соавтор Дана Лобмайер.
🌿 Учёные видят параллели с биологией: например, вращение клеток при заживлении ран. «Красота науки в том, что фундаментальные законы проявляются даже в обычных материалах», — восхищается Тан.
Предоставлено: [Университет Райса](http://www.rice.edu/).