Pörgő részecskék, élő rendszerek mintájára
Külön figyelmet érdemel, hogy ezek a pörgő rendszerek nemcsak mesterséges anyagokban fordulnak elő, hanem a természetben is. Az MIT kutatói például tengeri csillag embriók csoportjait figyelték meg, ahol az egyedek úszó mozgásukkal képesek voltak egymást forgásra bírni. A biológiai funkció egyelőre rejtély, de a közös pont: több komponens összehangolt, folyamatos forgása.
Mindezek dacára az újfajta rendszer eltér a szilárd testek eddig ismert viselkedésétől. Ha az alkotórészek (rotorok) sűrűsége elég nagy, egészen új, úgynevezett „furcsa” (angolul: odd) anyagtulajdonságok jelennek meg. Ezek közül a legérdekesebb az „odd rugalmasság”: az anyag nem nyúlik, inkább csavarodik húzás hatására.
Összetörik, majd újraépül
A pörgő kristályokat alkotó részecskék közti súrlódás olyan erős lehet, hogy az egész szerkezet spontán darabokra esik szét, mintha apró forgó szilánkokká törne. Érdekesség, hogy később ezek a töredékek képesek spontán módon újra összerendeződni, és felépíteni egy új, stabil kristályt.
A kutatók részletes szimulációkat készítettek, hogy feltérképezzék a forgó kristálydarabok képződésének és összeállásának mintázatait, valamint azt, hogyan lehetne ezek viselkedését irányítani.
A kristálynövekedés új szabályai
A modellezés megdöbbentő eredményt hozott: a nagyobb pörgő kristályok hajlamosak darabokra hullani, a kisebbek viszont addig nőnek, amíg el nem érik a kritikus, sebességtől és mérettől függő határt. Mindez arra utal, hogy a klasszikus kristálynövekedési szabályok itt érvényüket vesztik.
Különösen fontos, hogy ezekben az anyagokban a szerkezeti hibákat és szemcsehatárokat kívülről is lehet befolyásolni, így az anyag tulajdonságai célzottan alakíthatók különféle alkalmazásokhoz.
Különleges erők, különleges technológiák
A fizikai kölcsönhatások általában központiak (mint a gravitáció vagy elektromos erő), vagyis két test középpontját kötik össze. A most vizsgált esetben azonban úgynevezett transzverzális kölcsönhatások jelentkeznek, amelyek éppen a középvonalra merőlegesen hatnak, és ezek indítják be a spontán forgásokat.
A kutatók szerint a felfedezés nem csupán anyagtudományi kuriózum. A szimulációk alapján a pörgő kristályok szokatlan tulajdonságait akár új technológiai kapcsolóelemek fejlesztésére is felhasználhatjuk, de alkalmazásuk lehetséges a kolloidkémiában és a biológiában is.
