Ученые впервые создали кристаллы, нарушающие привычные законы физики.
Группа физиков из Германии и США провела изучение уникальных кристаллов, сформированных из вращающихся частиц. Эти структуры способны спонтанно разрушаться и вновь собираться, при этом их характеристики противоречат традиционным законам упругости. Результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Ученые обнаружили, что данные кристаллы проявляют поведение, отличающееся от обычных твердых тел: они обладают так называемой «аномальной упругостью». В отличие от стандартных материалов, которые удлиняются под воздействием растяжения, эти кристаллы не деформируются, а начинают закручиваться.
«Система, состоящая из множества вращающихся компонентов, демонстрирует совершенно новую и нелинейную динамику, — пояснил профессор Хартмут Левен из Университета Гейнриха Гейне в Дюссельдорфе. — При высокой концентрации этих объектов формируется твердое тело с «необычными» свойствами.»
Исследователи охарактеризовали эти образования как «кристаллы с поперечным взаимодействием». При значительном трении их частицы начинают вращаться и толкают друг друга перпендикулярно линии соединения их центров, что приводит к разложению кристаллов на мелкие вращающиеся фрагменты. Однако после этого кристаллы способны к самосборке.
Компьютерные расчеты показали, что крупные кристаллы постепенно распадаются на более мелкие, в то время как мелкие продолжают расти, пока не достигнут критического размера. Это противоречит общепринятой термодинамике, согласно которой кристаллы стремятся увеличиваться в объеме.
«Мы выявили основное свойство природы: между скоростью вращения частиц и критическим размером их фрагментов существует четкая зависимость», — подчеркнул руководитель исследования профессор Чжи-Фэн Хуан из Университета Уэйн-Стейт.
Исследование методов самосборки и аномальной динамики может открыть новые горизонты в разработке материалов с уникальными свойствами, что имеет потенциальное применение в нанотехнологиях, медицине и производстве.
