a, En optisk mikrograf av de kolloidala magneterna i bulk, efter några minuters snurrande. b, Ett schematiskt diagram över en kolloidal partikel. De ~1,6 μm hematitkolloidala kuberna har ett permanent magnetiskt moment (μ, svart pil). De är suspenderade i vatten, sedimenteras på en glasskiva och snurras av ett roterande magnetfält (B, vit pil som spårar den vita cirkeln). c, En optisk mikrograf av de kolloidala magneterna i bulk vid ökad förstoring. d–g, Partiklarna attraherar och bildar ett sammanhängande material med en skenbar ytspänning som, över tidsskalor från minuter till timmar, beter sig som en vätska:klungor smälter samman (d) och sprider sig som vätskedroppar när de sedimenteras mot en hård vägg (e); tomma bubblor kollapsar (f); och när man kör förbi ett hinder, vätskan strömmar runt den, tunnas ut och så småningom avslöja en instabilitet mot droppbildning (g). Alla bilder togs genom korsade polarisatorer. Kreditera: Naturfysik (2019). DOI:10.1038/s41567-019-0603-8
Ett team av forskare med medlemmar från flera institutioner i USA och en i Frankrike har skapat en tvådimensionell kiral vätska som till största delen följer hydrodynamiska teorier. I deras tidning publicerad i tidningen Naturfysik , gruppen beskriver sin vätska, många av dess egenskaper, och hur det skiljer sig från andra vätskor. Alexander Abanov med Stony Brook University har publicerat en News &Views-artikel i samma tidskriftsnummer som beskriver lagets arbete.
Forskare har länge försökt förstå vätskors egenskaper. Att göra det har inte bara lett till ekvationer som beskriver dess beteende, men teorier som beskriver hur andra typer av vätskor som inte ens existerar kan bete sig. I denna nya insats, forskargruppen har skapat en typ av vätska som hittills, var bara teori.
Den vätska som forskarna skapade bestod av miljontals mycket små kolloidala hematitkuber, var och en med ett magnetiskt moment. För att få dem att bete sig som en vätska, en magnet roterades runt dem. Resultatet blev en tvådimensionell kiral vätska. Abanov noterar att vätskan ansågs vara kiral eftersom partiklarna i vätskan som strömmade medurs inte var exakt samma som de som strömmade moturs. Forskarna förklarar att poängen med att skapa den kirala vätskan var att testa teorier som de som gäller invarians under paritet och tidsomkastning, åläggs under en rotationsbeståndsdel. En sådan vätska, de noterar, tar bort begränsningarna för en traditionell vätska, och har varit föremål för mycket forskning. Deras ansträngning tar arbetet till nästa nivå genom att fysiskt demonstrera många av dess egenskaper.
När man studerar deras vätska i aktion, forskarna fann att dissipativ viskös "kantpumpning" var en allmän mekanism inom kiral hydrodynamik - det ledde till enkelriktade ytvågor, vilket skapade instabilitet – något som inte finns i vanliga vätskor. De fann också att spektralmätningar av deras vätska visade tecken på Hall-viskositet, en teoretiserad egenskap hos kirala vätskor, och att den var mindre än skjuvviskositeten. Abanov noterar att effekten av Hall-viskositeten visade sig likna ytspänningen, även om det fanns skillnader i våglängdsberoende.
© 2019 Science X Network
