Странные вращающиеся кристаллы ведут себя как живая материя

Спонтанное фрагментирование вращающегося кристалла на несколько фрагментов. Предоставлено: Университет Уэйна

Физики из Ахена, Дюссельдорфа, Майнца и Университета Уэйна (Детройт, США) исследовали необычные кристаллы из вращающихся частиц. Эти материалы демонстрируют свойства, характерные для живой материи: они могут самопроизвольно делиться на фрагменты, формировать необычные границы и контролируемые структурные дефекты. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Профессор Хартмут Лёвен из Дюссельдорфского университета объясняет:

«Система из множества вращающихся элементов демонстрирует качественно новое поведение: при высоких концентрациях эти объекты образуют твёрдое тело роторов, обладающее «нечётными» материальными свойствами».

Одно из таких свойств — «нечёткая упругость». Обычно при растяжении материал удлиняется вдоль направления силы. Нечёткий упругий материал вместо этого скручивается.

Такой «нечёткий» кристалл может самопроизвольно разрушаться. Когда вращающиеся строительные блоки сильно трутся друг о друга, твёрдое тело может фрагментироваться на множество меньших вращающихся кристаллитов. Удивительно, но эти фрагменты могут позже снова собираться в единую структуру.

Команда под руководством профессора Чжи-Фэн Хуанга разработала теоретическую модель, описывающую поведение этих странных кристаллов. Моделирование показало, что большие кристаллы имеют тенденцию распадаться на меньшие вращающиеся единицы, в то время как мелкие кристаллы растут до определённого критического размера. Это противоречит традиционному росту кристаллов.

Профессор Хуанг заявляет:

«Мы обнаружили фундаментальное свойство природы, определяющее взаимосвязь между размером критических фрагментов и скоростью их вращения».

Соавтор исследования профессор Рафаэль Витковски добавляет:

«Мы также продемонстрировали, как дефекты в кристаллах проявляют собственную динамику. Формирование таких дефектов можно контролировать извне, что позволяет целенаправленно управлять свойствами кристаллов».

Исследователи видят потенциальное применение новых упругих свойств этих кристаллов в создании технических переключающих элементов, а также в коллоидных исследованиях и биологии.

ИИ: Это фундаментальное исследование открывает путь к созданию принципиально новых материалов с управляемыми свойствами. Возможность контролировать дефекты и динамику кристаллов извне может привести к прорывам в мягкой робототехнике и адаптивных материалах.