Puede parecer increíble, pero los cristales hechos de partículas arremolinadas son reales. Un grupo de físicos de Aachen, Düsseldorf, Mainz y la Universidad Estatal Wayne (Detroit, EE.UU.) investigaron estos materiales inusuales y su extraordinario comportamiento. Estos cristales pueden romperse fácilmente en fragmentos individuales, formar límites de grano anormales y exhibir defectos estructurales controlables. En un estudio publicado Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).Los investigadores presentan un marco teórico integral que puede predecir varias propiedades nuevas de estos sistemas llamados de “interacción transversal”.
Sistemas rotativos en la naturaleza y la tecnología.
Las “fuerzas transversales” pueden aparecer no sólo en materiales industriales, como ciertos sólidos magnéticos, sino también en sistemas biológicos. En un experimento en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), los investigadores descubrieron que grupos de embriones de estrellas de mar, a través de sus movimientos de natación, influyen en los movimientos de los demás de tal manera que giran unos alrededor de otros. La función biológica de este movimiento coordinado aún no está clara, pero comparte las mismas características básicas que se encuentran en estos sistemas sintéticos: objetos que interactúan y giran.
El profesor Dr. Hartmut Loewen del Instituto de Física Teórica II de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) explica: “Un sistema de muchas partículas giratorias muestra un comportamiento cualitativamente nuevo que no es intuitivo: en altas concentraciones, estas partículas forman un sólido, que forma un cuerpo sólido con propiedades ‘Posrote'”.
Una de esas propiedades se conoce como “elasticidad impar”. Generalmente, cuando se estira un material, se estira en la dirección de la fuerza. Por el contrario, un material elástico no se estira, sino que se retuerce.
Torciendo, rompiendo y reformando
Estas “probabilidades” pueden resultar difíciles e incluso aislarse de usted mismo. Cuando los bloques de construcción giratorios se frotan con suficiente fuerza, el sólido puede dividirse en muchos cristales giratorios más pequeños. Aún más sorprendente es que estos fragmentos puedan volver a ensamblarse posteriormente en una estructura coherente.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Dr. Zhi-Feng Huang y el profesor Lawen de la Universidad Estatal de Wayne desarrolló un modelo teórico multidimensional para describir el comportamiento de estos extraños cristales. Utilizando este modelo, realizaron simulaciones que revelaron patrones inesperados y posibles usos tecnológicos de estos materiales rodantes.
La ley del crecimiento de los cristales se invierte.
El equipo descubrió que los cristales grandes, impulsados por interacciones transversales, se rompen en unidades giratorias más pequeñas, mientras que los cristales más pequeños crecen hasta alcanzar un cierto tamaño crítico. Este resultado va en contra del crecimiento de cristales convencional, donde los materiales normalmente se expanden de manera constante en condiciones favorables.
El profesor Huang explicó: “Hemos descubierto una propiedad fundamental de la naturaleza intrínseca de este proceso que determina la relación entre el tamaño de los fragmentos críticos y su velocidad de rotación”.
El coautor del estudio, el profesor Dr. Raphael Witkowski DWI – Instituto Leibniz de Materiales Interactivos y Universidad RWTH Aachen, añadió: “También hemos demostrado cómo los defectos en los cristales exhiben su propia dinámica. La formación de tales defectos puede verse influenciada específicamente por propiedades que podemos controlar desde fuera de la aplicación”.
“Nuestra teoría de largo alcance abarca todos los sistemas que demuestran tales interacciones oblicuas. Las aplicaciones concebidas van desde la investigación de coloides hasta la biología”, declaró el coautor Dr. Michael T. Vrougott, profesor asistente de la Universidad de Mainz.
El profesor Loewen añade: “Los cálculos del modelo indican potencial para aplicaciones concretas. Las nuevas propiedades elásticas de estos nuevos cristales pueden utilizarse, por ejemplo, para inventar nuevos materiales de transición tecnológica”.
Fuerzas centrales vs transversales
En física, las interacciones como la gravedad y la fuerza de Coulomb se denominan Fuerza central Porque actúan a lo largo de la línea que conecta los centros de los dos cuerpos. Estas fuerzas hacen que los objetos se acerquen o se alejen entre sí.
de lo contrario, Interacción transversal Una clase recientemente descubierta que opera perpendicular a ese eje central. Esta alineación inusual hace que los cuerpos giren espontáneamente entre sí, una dinámica en el corazón de estos cristales giratorios recién descubiertos.
