研究人员从微观旋转的颗粒中创造出活性物质

在原子水平上，一杯水和一勺结晶盐看起来截然不同。水原子自由而随机地移动，而盐晶体则被锁定在晶格中的适当位置。但是，美国能源部阿贡国家实验室的研究人员最近对一些新材料进行了研究，这些材料显示出一种耐人寻味的倾向，有时像水，有时像盐，赋予它们有趣的传输特性，并为制药行业的混合和输送等应用提供了潜在的前景。这些所谓的活性材料包含小的磁性颗粒，它们自组织成粒子链或旋转体的短链，并在施加A时形成晶格状结构。这项研究的作者之一、阿贡材料科学家阿列克谢·斯内日科说，活性材料需要外部能源来维持其结构。

与以前涉及活性物质的实验中不同的是，这些新的微调器观察的是表现出线性运动的粒子，这些新的微调器获得了一种左撇子或右撇子一样的惯用手，使它们沿着特定的方向旋转。

悬浮的自组装镍旋转器的旋转产生了类似漩涡的效果，不同的粒子可以被吸入到它们的邻居创造的漩涡中。斯奈日科说，这些颗粒不会自行移动，但它们可以被拖来拖去。有趣的是，你可以拥有这些快速旋转的结构，它们给人一个更大的系统的外观，这个系统是静止的，但它仍然相当活跃。

当粒子开始聚集在一起时，旋转运动产生的漩涡-连同磁相互作用-将它们拉得更近，创造出一种固定的晶状材料，即使旋转器仍在旋转。

阿贡的研究人员想知道非自旋粒子是如何通过活动晶格传输的。根据Snezhko的说法，旋转器的快速旋转创造了这些其他货物粒子在晶格中移动的能力，比它们在正常材料中移动的速度要快得多。他说，在规则扩散中，粒子从材料的一边到另一边的过程与温度有关，需要更长的时间。

非微调器粒子的传输还取决于微调器之间的间距。如果旋转器的距离足够远，非旋转器粒子将在不同的旋转器之间杂乱无章地移动，就像沿着一系列激流急流漂流的木筏一样。如果晶格中的粒子靠得更近，则非微旋粒子可能会被困在晶格的单个单元中。

Snezhko说，一旦粒子通过自身的混沌运动进入细胞内，我们就可以修改磁场，使晶格轻微收缩，使粒子离开晶格中那个位置的可能性非常低。

这种材料还显示出进行自我修复的能力，类似于生物组织。当研究人员在格子上打了一个洞时，它们进行了改造。

通过观察纯旋转运动的系统，Snezhko和他的同事们相信他们可以设计出具有特定运输特性的系统。他说，从A点到B点，有许多不同的方法可以将物体放入材料中，这种类型的自组装可以为不同的动力学量身定做。

3月20日出版的“科学进展”杂志上发表了一篇基于这项研究的论文，题为“同步主动旋转材料中的可重构结构和可调谐传输”(Refigurable Structure And Tunable Transport In Synchronized Active Spinder Material)。更多信息：Koohee han等人，同步主动旋转材料中的可重构结构和可调传输，科学进展(2020)。doi：10.1126/scrisAdv.aaz8535