Когда мы роняем бокал вина на бетонный пол, легко предсказать, что произойдёт. Но аморфные твёрдые тела могут разрушаться и менее катастрофическим образом, адаптируясь к нагрузкам за счёт локальных перестроек своих частиц, а не за счёт разрушения.
Физики выяснили, что в различных аморфных материалах такие пластические трансформации более вероятны там, где преобладают внутренние, локализованные, низкочастотные вибрационные моды.
Чэн-Ран Ду из Университета Дунхуа в Китае и его коллеги теперь показывают, что эта же корреляция между перестройками и вибрационными модами справедлива и для совершенно другого класса материалов: активной материи [1].
Что такое активная материя?
Активной материей называют материалы, частицы которых преобразуют энергию из окружающей среды в механическое движение. В качестве модели активной системы Ду и его команда создали двумерную «пылевую плазму», состоящую из заряженной смолы и микрочастиц полистирола в камере с аргоновым разрядом. Такие сложные плазмы демонстрируют поведение активной материи, поддерживая неэквивалентные и дальнодействующие взаимодействия между своими частицами.
Эксперимент
Исследователи заключили частицы в эллипс с помощью электрических полей и осветили их лазерным листом. Этот лазер обеспечивал небольшой крутящий момент, который заставлял суспензию частиц медленно вращаться, вызывая внутренние силы сдвига из-за некругового ограничения. Отслеживая движения частиц на видеозаписях, исследователи реконструировали вибрационные моды в системе при различных скоростях сдвига.
Они обнаружили сильную корреляцию между низкочастотными вибрационными модами и необратимыми перестройками частиц — эквивалентными разрушениям в аморфном твёрдом теле.
Вывод
По словам Ду, это открытие устанавливает новую связь между активной материей и концепциями пластичности из обычной физики твёрдого тела. Он предполагает дальнейшие исследования в области клеточных тканей, бактериальных колоний и даже человеческих толп.
— Рейчел Берковиц
Рейчел Берковиц — ответственный редактор журнала Physics Magazine в Ванкувере, Канада.
[1] — ссылка на источник.