Canlı maddeye benzer dönen kristaller keşfedildi

Aachen, Düsseldorf, Mainz ve Wayne State üniversitelerinden fizikçiler, “dönen kristaller” adını verdikleri, dönen parçacıklardan oluşan yeni bir madde keşfetti. Dönen kristaller adlı madde, bükülebiliyor, parçalara ayrılabiliyor ve kendilerini yeniden bir araya getirebiliyor. 

Çalışmada araştırmacılar, “enine etkileşim” (transverse interaction) sistemlerinin yeni özelliklerini tahmin edebilen geniş bir teorik çerçeve sundu. Fizikte, yerçekimi ve Coulomb kuvveti gibi etkileşimler, iki cismin merkezlerini birleştiren çizgi boyunca etki ettikleri için “merkezi kuvvetler” olarak bilinir. 

Bu kuvvetler, nesnelerin birbirine doğru veya birbirinden uzaklaşacak şekilde hareket etmesine neden olur. “Enine etkileşimler” ise, merkezi eksene dik olarak etki eden, yakın zamanda keşfedilmiş bir kuvvet sınıfı. Bu alışılmadık hizalama, cisimlerin kendiliğinden birbirleri etrafında dönmeye başlamasına neden olur.

“Enine kuvvetler” (Transverse forces) yalnızca mühendislik ürünü malzemelerde (bazı manyetik katılar gibi) değil, aynı zamanda biyolojik sistemlerde de ortaya çıkabilir. Doğada ve teknolojide enine kuvvetler, manyetik katılar veya biyolojik sistemler gibi alanlarda görülüyor. 

Örneğin, Massachusetts Institute of Technology’de (MIT) yapılan bir deneyde, denizyıldızı embriyolarından oluşan grupların, yüzme hareketleriyle birbirlerinin hareketini, birbirlerinin etrafında dönmelerine neden olacak şekilde etkilediği gözlemlendi. Bu biyolojik davranışın işlevi henüz bilinmese de sentetik sistemlerdekilerle aynı temel fizik prensibini paylaşıyor; etkileşen ve dönen parçacıklar.

Düsseldorf-Heinrich Heine Üniversitesinden teorik fizikçi Prof. Dr. Hartmut Löwen, “Birçok dönen parçacıktan oluşan sistem, sezgilere aykırı, tamamen yeni bir davranış sergiler. Yüksek yoğunlukta, bu parçacıklar birlikte katı bir yapı oluşturur ve bu yapı ‘tuhaf’ malzeme özellikleri gösterir.” diyerek konuyu açıklıyor. 

Söz konusu yeni tip malzemelerin en ilginç özelliklerinden biri “tuhaf esneklik” (odd elasticity). Normalde bir malzeme çekildiğinde o yönde uzar ancak tuhaf kristaller çekildiğinde uzamak yerine bükülüyor. Dahası bu katılar kendi kendine dağılabiliyor. Parçacıklar arasındaki sürtünme arttığında kristal, küçük dönen parçalara ayrılıyor. Zamanla bu küçük parçalar tekrar birleşerek bütün bir yapıya dönüşebiliyor.

Kristallerin büyüme kuralları tersine dönüyor

Prof. Dr. Zhi-Feng Huang ve Prof. Löwen’in liderlik ettiği ekip, bu davranışları açıklayan çok ölçekli bir model geliştirdi. Simülasyonlar, dönen kristallerin alışılmışın dışında desenler oluşturduğunu ve teknolojik kullanım alanlarının olabileceğini gösterdi.

Araştırmaya göre, büyük kristaller bu etkileşimler sonucu küçük dönen parçalara ayrılırken, küçük kristaller belirli bir boyuta ulaşana kadar büyüyor. Yani kristal büyümesi burada tam tersine işliyor.

Aachen Üniversitesinden Prof. Dr. Raphael Wittkowski de, kristallerdeki kusurların kendi iç dinamiklerine sahip olduğunu ve dışarıdan kontrol edilebileceğini belirtti. Böylece, kristallerin özellikleri istenen şekilde ayarlanabiliyor. Araştırma ekibine göre, tüm bu özellikleriyle bu kristaller, biyoloji ve kolloid araştırmaları dahil olmak üzere çok geniş bir yelpazede yeni malzemelerin geliştirilmesine katkıda bulunabilir.

Makale, 17 Ekim’de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlandı. 

Kaynak: Science Daily