I fisici fanno gocce quadrate e reticoli liquidi

Quando due sostanze vengono combinate, alla fine si sistemeranno in uno stato stabile chiamato equilibrio termodinamico; Gli esempi includono l’olio che galleggia sull’acqua e il latte che si mescola uniformemente nel caffè. I ricercatori dell’Università di Aalto in Finlandia volevano distruggere questo tipo di stato per vedere cosa sarebbe successo e se potevano controllare il risultato.

Il professor Jakko Timonen, il cui gruppo di ricerca ha svolto un nuovo lavoro pubblicato su progresso scientifico Il 15 settembre. “È fantastico portare i sistemi fuori equilibrio e vedere se le strutture sbilanciate possono essere controllate o benefiche. La vita biologica stessa è un buon esempio di comportamento davvero complesso in un gruppo di molecole all’esterno equilibrio termodinamico. “

Nel loro lavoro, il team ha utilizzato combinazioni di oli con diverse costanti dielettriche e conduttori. Poi hanno sottoposto i fluidi a campo elettrico.

“Quando operiamo un campo elettrico sulla miscela, carica elettrica Si accumula all’interfaccia tra gli oli. Questo è incredibile densità di carica L’interfaccia taglia fuori dall’equilibrio termodinamico in configurazioni interessanti”, spiega il dott. Nikos Kyriakopoulos, uno degli autori dell’articolo. Oltre a essere interrotti dal campo elettrico, i fluidi erano confinati in un foglio sottile, quasi bidimensionale. Questa miscela rimodellato gli oli in goccioline e modelli diversi e non banali.Totalmente prevedibile.

Le gocce nell’esperimento possono essere trasformate in quadrati ed esagoni con lati diritti, il che è quasi impossibile in natura, poiché piccole bolle e goccioline tendono a formare palline. I due liquidi possono anche essere fabbricati per formare reti interconnesse: modelli di rete che si verificano regolarmente nei solidi ma sono sconosciuti in liquido miscele; I fluidi potrebbero anche essere persuasi a formare un collare, una forma rotonda, che fosse stabile e mantenesse la sua forma durante l’applicazione sul campo, a differenza della natura, dove i fluidi tendono fortemente a rompersi e riempire il foro al centro. I fluidi possono anche formare filamenti che rotolano e ruotano attorno a un asse.

“Tutte queste strane forme sono causate dal fatto che non possono ricadere in equilibrio a causa del movimento delle cariche elettriche che si accumulano all’interfaccia”, afferma Jit Raju, primo autore dell’articolo.

Un risultato entusiasmante di questo lavoro è la capacità di creare strutture temporanee di volume controllato e ben definito che possono essere accese e spente in base alla tensione, un’area che i ricercatori sono interessati a esplorare ulteriormente per la creazione di dispositivi ottici controllati dalla tensione. . Un’altra possibile conseguenza è la capacità di formare insiemi interagenti di microfilamenti rotolanti e microgoccioline che, ad alcuni livelli elementari, imitano la dinamica e il comportamento collettivo di microrganismi come batteri e microalghe che si propagano utilizzando meccanismi completamente diversi.

La ricerca è stata condotta nel Dipartimento di Fisica Applicata dell’Active Matter Research Group, guidato dal professor Timonen. Il documento “Non diversità”Equilibrio Schemi e aspetto dell’attività nei fluidi mobili elettroidrodinamici confinati “pubblicato ad accesso aperto in progresso scientifico.