Ученые Мюнстерского (Германия) и Кембриджского (Великобритания) университетов обнаружили неожиданное поведение активных частиц — частиц, которые потребляют энергию для движения. Об открытии, которое поможет созданию программируемой материи, сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Узнайте больше в полной версии ➞В теоретических моделях предполагается, что скорость перемещения активных частиц всегда одинакова, однако в реальности это не всегда так, например, для частиц, которые приводятся в движение ультразвуком. В этих случаях скорость движения зависит от ориентации. Кроме того, системы, состоящие из многих активных частиц, могут спонтанно образовывать кластеры, даже если отдельные частицы не притягивают друг друга.
В новой работе исследователи изучили коллективное поведение взаимодействующих активных частиц со сферической формой в двух пространственных измерениях с использованием аналитического моделирования и моделирования броуновской динамики. Оказалось, что частицы не остаются внутри кластеров, а выходят с одной стороны и возвращаются с другой, создавая постоянный поток.
Кроме того, в системах, где скорость частиц не зависит от ориентации, кластеры обычно имеют круглую форму. Однако в ином случае форма кластера зависит от того, насколько сильно ориентация определяет скорость движения. Таким образом, ученые могут заставлять кластеры принимать любую форму в зависимости от приложенной силы, в том числе эллипсы, треугольники и квадраты.
По словам авторов, результаты исследования открывают путь для создания программируемой материи, поскольку должна быть возможность контролировать способ самосборки частиц в требуемых структуры.