Au niveau atomique, un verre d'eau et une cuillerée de sel cristallin ne pourraient pas être plus différents. Les atomes d'eau se déplacent librement et au hasard, tandis que les cristaux de sel sont verrouillés en place dans un réseau. Mais quelques nouveaux matériaux, récemment étudié par des chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), montrer une propension intrigante à se comporter parfois comme de l'eau et parfois comme du sel, leur conférant des propriétés de transport intéressantes et des promesses potentielles pour des applications telles que le mélange et la distribution dans l'industrie pharmaceutique.

Ces matières dites actives contiennent de petites particules magnétiques qui s'auto-organisent en courtes chaînes de particules, ou des filateurs, et forment une structure en treillis lorsqu'un champ magnétique est appliqué. "Les matériaux actifs ont besoin d'une source d'énergie externe pour maintenir leur structure, " a déclaré le scientifique des matériaux d'Argonne Alexey Snezhko, un auteur de l'étude.

Contrairement aux expériences précédentes impliquant des matériaux actifs, qui a examiné des particules qui ont démontré un mouvement linéaire, ces nouveaux filateurs acquièrent une latéralité, comme un droitier ou un gaucher, qui les fait tourner dans une direction spécifique.

Cette rotation tourbillonnante des filateurs en nickel auto-assemblés suspendus crée un effet de tourbillon, dans lesquelles différentes particules peuvent être aspirées dans les tourbillons créés par leurs voisins. "Les particules ne bougent pas d'elles-mêmes, mais ils peuvent être traînés, " a déclaré Snezhko. " La chose intéressante est que vous pouvez avoir ces structures à rotation très rapide qui donnent l'apparence d'un système encore plus grand qui est immobile, mais il reste assez actif."

Lorsque les particules commencent à se rassembler, les tourbillons créés par le mouvement de rotation - en conjonction avec les interactions magnétiques - les rapprochent encore plus, créer un matériau fixe de type cristallin, même si les filateurs tournent toujours.

Les chercheurs d'Argonne voulaient savoir comment une particule non tournante serait transportée à travers le réseau actif. Selon Snezhko, le tourbillonnement rapide des spinners permet à ces autres particules de cargaison de se déplacer à travers le réseau beaucoup plus rapidement qu'elles ne le feraient à travers un matériau normal. « En diffusion régulière, le processus consistant à faire passer une particule d'un côté du matériau à l'autre dépend de la température et prend beaucoup plus de temps, " il a dit.

Le transport d'une particule sans filature dépend également de l'espacement entre les filateurs. Si les cônes sont suffisamment éloignés l'un de l'autre, la particule non tournante se déplacera de manière chaotique entre les différentes filières, comme un radeau descendant une série de rapides d'eau vive. Si les particules du réseau se rapprochent, la particule non tournante peut être piégée dans une cellule individuelle du réseau.

"Une fois que la particule entre dans une cellule par son propre mouvement chaotique, on peut modifier le champ pour que le treillis rétrécisse légèrement, rendant la probabilité de la particule de quitter cet emplacement dans le réseau très faible, " a déclaré Snezhko.

Le matériau a également montré la capacité de subir une auto-réparation, semblable à un tissu biologique. Lorsque les chercheurs ont fait un trou dans le réseau, le treillis réformé.

En regardant des systèmes avec un mouvement purement rotationnel, Snezhko et ses collègues pensent qu'ils peuvent concevoir des systèmes avec des caractéristiques de transport spécifiques. "Il existe de nombreuses manières différentes d'amener un objet dans un matériau d'un point A à un point B, et ce type d'auto-assemblage pourrait être adapté à différentes dynamiques, " il a dit.

Un article basé sur l'étude, "Structure reconfigurable et transport accordable dans des matériaux de filature actifs synchronisés, " paru dans le numéro du 20 mars de Avancées scientifiques .