A nivel atómico, un vaso de agua y una cucharada de sal cristalina no podrían verse más diferentes. Los átomos de agua se mueven libre y aleatoriamente, mientras que los cristales de sal se bloquean en su lugar en una celosía. Pero algunos materiales nuevos, investigado recientemente por investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), muestran una propensión intrigante a comportarse a veces como agua y a veces como sal, dándoles interesantes propiedades de transporte y manteniendo un potencial prometedor para aplicaciones como mezcla y entrega en la industria farmacéutica.

Estos llamados materiales activos contienen pequeñas partículas magnéticas que se autoorganizan en pequeñas cadenas de partículas, o hilanderos, y forman una estructura en forma de rejilla cuando se aplica un campo magnético. "Los materiales activos necesitan una fuente de energía externa para mantener su estructura, "dijo el científico de materiales de Argonne Alexey Snezhko, un autor del estudio.

A diferencia de experimentos previos con materiales activos, que observó partículas que demostraron movimiento lineal, estos nuevos hilanderos adquieren un sentido de las manos, como diestros o zurdos, que los hace girar en una dirección específica.

Esta rotación giratoria de las ruedas giratorias de níquel autoensambladas suspendidas crea un efecto de remolino, en el que diferentes partículas pueden ser absorbidas por los vórtices creados por sus vecinas. "Las partículas no se mueven solas, pero se pueden arrastrar ", Dijo Snezhko." Lo interesante es que puedes tener estas estructuras que giran muy rápidamente que dan la apariencia de un sistema aún más grande que está quieto, pero permanece bastante activo ".

A medida que las partículas comienzan a juntarse, los remolinos creados por el movimiento giratorio, junto con las interacciones magnéticas, los acercan aún más, creando un material fijo similar al cristalino, incluso cuando las ruedas giratorias todavía giran.

Los investigadores de Argonne querían saber cómo se transportaría una partícula no giratoria a través de la red activa. Según Snezhko, el rápido giro de los hilanderos crea la capacidad de que estas otras partículas de carga se muevan a través del enrejado mucho más rápido de lo que lo harían a través de un material normal. "En difusión regular, el proceso de llevar una partícula de un lado del material al otro depende de la temperatura y lleva un período de tiempo mucho más largo, " él dijo.

El transporte de una partícula no hiladora también depende del espacio entre las hiladoras. Si las ruedas giratorias se encuentran lo suficientemente separadas, la partícula no giratoria viajará caóticamente entre diferentes hilanderos, como una balsa que desciende por una serie de rápidos de aguas bravas. Si las partículas de la red se acercan, la partícula no giratoria puede quedar atrapada en una celda individual de la red.

"Una vez que la partícula entra en una célula a través de su propio movimiento caótico, podemos modificar el campo para que la celosía se encoja ligeramente, haciendo que la probabilidad de que la partícula deje esa ubicación en la red es muy baja, "Dijo Snezhko.

El material también mostró la capacidad de someterse a autorreparación, similar a un tejido biológico. Cuando los investigadores hicieron un agujero en la celosía, la celosía reformada.

Al observar sistemas con movimiento puramente rotacional, Snezhko y sus colegas creen que pueden diseñar sistemas con características de transporte específicas. "Hay muchas formas diferentes de llevar un objeto en un material desde el punto A al punto B, y este tipo de autoensamblaje podría adaptarse a diferentes dinámicas, " él dijo.

Un artículo basado en el estudio, "Estructura reconfigurable y transporte sintonizable en materiales giratorios activos sincronizados, "apareció en la edición del 20 de marzo de Avances de la ciencia .