阿尔贡国家实验室的贾里德·萨格夫 纺纱机的自组装动态网格
沃罗诺伊图与观察到的晶格重叠
由于曝光时间长，可以精确识别所有旋转器的旋转轴，因此旋转器变得模糊不清
学分:阿尔贡国家实验室 在原子水平上，一杯水和一勺结晶盐看起来再不同不过了
水原子自由而随机地四处移动，而盐晶体被锁定在晶格中的适当位置
但是美国大学的研究人员最近研究的一些新材料
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能源部阿贡国家实验室显示出一种有趣的倾向，有时表现得像水，有时表现得像盐，使它们具有有趣的运输特性，并在制药工业的混合和输送等应用中具有潜在的前景
这些所谓的活性材料包含小的磁性粒子，这些小的磁性粒子自组织成短的粒子链或自旋，并且当施加磁场时形成晶格状结构
该研究的作者、阿尔贡材料科学家阿列克谢·斯涅茨科说:“活性材料需要外部能源来维持它们的结构。”
与之前涉及活性物质的实验不同，这些实验观察的是表现线性运动的粒子，这些新的旋转器获得了一种惯用手——像惯用右手或惯用左手——使它们向特定的方向旋转
悬浮的自组装镍旋转器的这种旋转产生了一种类似漩涡的效果，在这种效果中，不同的颗粒可以被吸入到它们的邻居所产生的漩涡中
“粒子不会自己移动，但它们可以被拖来拖去，”斯涅茨科说
“有趣的是，你可以拥有这些非常快速旋转的结构，它们让一个更大的系统看起来仍然存在，但它仍然非常活跃
" 当粒子开始聚集在一起时，旋转运动产生的漩涡——结合磁性相互作用——将它们拉得更近，产生一种固定的晶体状材料，即使旋转器仍然在旋转
阿尔贡的研究人员想知道一个非旋转粒子将如何通过活跃的晶格
根据斯涅茨科的说法，旋转器的快速旋转为这些其他的货物粒子创造了一种能力，使它们能够比正常物质更快地穿过晶格
“在常规扩散中，粒子从材料的一侧扩散到另一侧的过程与温度有关，需要更长的时间，”他说
非旋转粒子的传输也取决于旋转器之间的间距
如果旋转器的位置相距足够远，非旋转器粒子将在不同的旋转器之间无序地传播，就像一只木筏沿着一系列的白水急流行进一样
如果晶格中的粒子靠得更近，非自旋粒子会被捕获在晶格的单个单元中
“一旦粒子通过自身的混沌运动进入细胞，我们可以修改磁场，使晶格稍微收缩，使粒子离开晶格中该位置的概率非常低，”斯涅茨科说
这种材料也显示出自我修复的能力，类似于生物组织
当研究人员在格子上打了一个洞，格子就重组了
通过观察纯旋转运动的系统，斯涅茨科和他的同事们相信他们可以设计出具有特定传输特性的系统
他说:“从A点到B点，有许多不同的方法可以在材料中获得物体，这种类型的自组装可以根据不同的动力学来定制。”
基于这项研究的一篇论文“同步活性旋转材料中的可重构结构和可调谐输运”发表在3月20日的《科学进展》杂志上
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