Dans une nouvelle étude publiée la semaine dernière dans Avancées scientifiques , des chercheurs du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie (DOE) ont créé de minuscules vortex tourbillonnants à partir de particules magnétiques, fournir un aperçu du comportement qui régit ces systèmes, ce qui ouvre de nouvelles opportunités pour les matériaux et les dispositifs dotés de nouvelles propriétés.

Le physicien d'Argonne Alexey Snezhko et ses collègues ont renversé un tas de minuscules microparticules magnétiques, chacun environ aussi grand que le diamètre d'un cheveu humain, dans un plat de liquide à fond concave. Ensuite, ils ont appliqué un champ magnétique oscillant et bricolé avec les paramètres, observer le comportement des particules lorsqu'elles ont commencé à rouler. Aux bons réglages, les particules ont fusionné spontanément en un vortex tourbillonnant.

"C'est un peu comme si tu lançais au hasard un tas de balles sur une table de billard, et ils se mirent à tourner en rond en roulant, " a déclaré Snezhko. "Notre étude consiste à cartographier ce système actif et ses comportements, qui pourraient inspirer de nouveaux matériaux et appareils dotés de capacités uniques."

La découverte présente un intérêt dans le domaine en pleine croissance appelé « matière active » ou « systèmes actifs, " dans lequel des groupes d'agents individuels utilisent l'énergie de leur environnement pour former des systèmes organisés. Ceci décrit le comportement des volées d'oiseaux, bancs de poissons et même la façon dont nos cellules construisent leurs structures internes.

Des principes similaires régissent le comportement de ces systèmes malgré leur composition et leurs origines très différentes, et les scientifiques veulent exploiter ces principes pour construire de nouveaux matériaux actifs dotés de propriétés uniques, tels que des matériaux qui pourraient se guérir eux-mêmes, modifier leurs propriétés en réponse à des stimuli externes ou fournir de nouvelles fonctionnalités.

Par exemple, Snezhko a dit, les tourbillons pourraient être utilisés pour transporter des marchandises dans de minuscules dispositifs microfluidiques, tels que des biopuces ou des laboratoires sur puce, ou pour créer un mouvement de fluide tourbillonnant autour d'eux pour mélanger les composants à l'échelle microscopique.

Snezhko et ses collègues ont également découvert que le "bruit" provenant des imperfections de surface des particules était souvent la clé du déclenchement du comportement de flocage.

Contrairement aux études antérieures sur des systèmes similaires à Argonne qui ont découvert, par exemple, comment former des serpents en mouvement à partir de microparticules, qui ne peut être assemblé qu'à la surface d'un liquide, ces tourbillons existent dans le liquide en vrac - au fond solide d'un récipient plein de liquide. Cela offre plus de polyvalence à ceux qui cherchent à créer de minuscules machines en utilisant ces principes.