Экзотические ротокристаллы могут распадаться на отдельные фрагменты, а затем собираться вновь.

[Физики из Аахена, Дюссельдорфа, Майнца и Государственного университета Уэйна (Детройт, США) совместно изучили эти экзотические объекты и их свойства. Они легко распадаются на отдельные фрагменты, имеют необычные границы зёрен и дефекты, которыми можно управлять целенаправленно.

В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи описывают, как несколько новых свойств таких систем поперечного взаимодействия можно предсказать, применив всеобъемлющую теорию.

Поперечные силы могут возникать в синтетических системах, например, в некоторых магнитных твёрдых телах. Они существуют и в системах живых организмов. В эксперименте с эмбрионами морских звёзд, проведённом в американском университете MIT, было обнаружено, что благодаря своим плавательным движениям эмбрионы влияют друг на друга, заставляя вращаться вокруг друг друга.

Какую биологическую функцию это может иметь, пока неясно. Общая черта этих систем заключается в том, что в них задействованы вращающиеся объекты.

Профессор доктор Хартмут Лёвен из Института теоретической физики II при Дюссельдорфском университете Генриха Гейне (HHU) объясняет: «Система, состоящая из множества вращающихся элементов, демонстрирует качественно новое, неинтуитивное поведение: при высоких концентрациях эти объекты образуют твердое тело из роторов, которое обладает „необычными“ свойствами материала».

Например, свойство нечётной эластичности влияет на материал. Когда обычный материал тянут, он деформируется в направлении тяги, но нечётко-эластичный материал не деформируется, а скручивается.

Такое нечётко-скрученное твердое тело может самопроизвольно распадаться на множество вращающихся кристаллитов, если его составные части будут тереться друг о друга настолько сильно, что образуют фрагменты. Примечательно, что помимо распада на части кристалл также может самособираться.

Команда физиков во главе с ведущим автором профессором доктором Чжи-Фэн Хуанг из отдела физики и астрономии Государственного университета Уэйна и соответствующим автором профессором Лёвеном разработала межмасштабную теорию для таких нечётных кристаллов. Применив эту теорию, были проведены модельные расчёты, которые позволили сделать выводы о потенциальных новых применениях таких странных твёрдых тел.

Было замечено, что большие кристаллы с поперечным взаимодействием по своей природе распадаются на мелкие вращающиеся кристаллические единицы. Меньшие кристаллы будут расти, пока не достигнут критического размера. Такое поведение противоречит нормальному росту кристаллов, то есть кристаллы становятся всё больше при благоприятных термодинамических условиях.

Профессор Хуанг комментирует: «Мы обнаружили фундаментальное свойство природы, лежащее в основе этого процесса, которое определяет связь между размером критических фрагментов и их скоростью вращения».

Соавтор исследования профессор доктор Рафаэль Витткоуски из Института интерактивных материалов DWI — Лейбница и RWTH Ахенского университета поясняет: «Мы также продемонстрировали, как дефекты в кристаллах демонстрируют собственную динамику. На формирование таких дефектов можно влиять извне, что позволяет управлять свойствами кристаллов для их использования».

«Наша далеко идущая теория охватывает все системы, демонстрирующие такие поперечные взаимодействия. Возможные применения варьируются от коллоидных исследований до биологии», — сказал соавтор доктор Майкл те Вругт, доцент Университета Майнца.

Профессор Лёвен добавляет: «Модельные расчёты указывают на конкретный потенциал применения. Новые эластичные свойства этих новых кристаллов могут быть использованы для изобретения новых технических переключающих элементов, например».

В физике фундаментальные взаимодействия, такие как гравитация между двумя массами и кулоновская сила между двумя заряженными телами, называются центральными силами, потому что они действуют вдоль линии, соединяющей центры двух тел. Центральные силы заставляют тела двигаться навстречу друг другу или отдаляться.

Однако недавно были обнаружены поперечные взаимодействия — экзотическое явление, при котором взаимно оказываемая сила действует перпендикулярно оси их центров. Это спонтанно заставляет два тела начать вращаться вокруг друг друга.]

Октябрь 2025

  • Сентябрь 2025
  • Август 2025
  • Июль 2025
  • Июнь 2025
  • Май 2025
  • Апрель 2025
  • Март 2025