En El mago de Oz , un tornado toma la casa de Dorothy y la aleja. Un poco descabellado ¿Derecha? Pero los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (DOE) piensan que, en una escala mucho menor, algún día podrían usarse pequeños vórtices para mover partículas microscópicas.

Los vórtices podrían algún día usarse en diseños de laboratorio en un chip para mover partículas, como las células sanguíneas, de un lugar a otro, o para construir materiales con propiedades autocurativas.

Antes de que puedan aprovechar los pequeños vórtices, aunque, los científicos deben comprender cómo sus componentes, o partículas coloidales, forma y función. Al exponer grupos de rodillos magnéticos metálicos microscópicos a varios campos magnéticos, El físico de Argonne Alexey Snezhko y el postdoctorado Gasper Kokot están creando sus propios vórtices para acelerar esa comprensión.

"Transportar objetos es un objetivo de gran alcance, pero estamos trabajando en los primeros pasos que es comprender los principios básicos, ", Dijo Snezhko." Estamos haciendo esto como una búsqueda de un nuevo tipo de material activo. Materiales existentes fuera de equilibrio ".

La pareja publicó hallazgos recientes en la edición del 14 de junio de Comunicaciones de la naturaleza .

En su primera serie de pruebas, los investigadores pusieron alrededor de 100 minúsculos rodillos de níquel magnético, o esferas, en una matriz de agua expuesta a un campo magnético de un solo eje, seguido de un campo magnético alterno.

"Cada partícula es como una pequeña brújula, "Snezhko explicó." Y usamos un campo magnético para transferir energía ".

Dentro del campo magnético único, los rodillos alineados como si fueran parte de la aguja de una brújula, pero cuando se expone a un campo magnético que cambia de orientación 60 veces por segundo, en cambio, los rodillos se juntaron y formaron vórtices.

En los experimentos, se permitió que los vórtices se movieran libremente en la matriz de agua, donde los investigadores estudiaron su comportamiento natural. Cuando se expone al campo magnético volteador, las partículas también se voltearon y empezaron a rodar.

"Este es el único sistema conocido en el que hemos visto este tipo de organización y autoorganización con este comportamiento de agrupación, "Dijo Kokot." El grupo se mueve como uno, como una bandada de pájaros ".

Mientras las partículas se juntan, el sistema forma espontáneamente un vórtice, pero el vórtice también tiene algunas propiedades extrañas, como inexplicablemente cambiar de dirección. En su estudio, el vórtice cambió la dirección de rotación en promedio una vez cada 160 minutos.

"Nos gustaría saber por qué cambia, qué controla la tasa de cambio, "expresó Kokot." Porque si podemos controlarlo, podemos empezar a hablar de utilidad ".

Los investigadores sospechan que las partículas magnéticas en realidad pueden hablar entre sí de una manera similar a las aves para evitarse en vuelo. Y la esperanza es que los científicos eventualmente puedan usar el conocimiento para autoensamblar y transportar estructuras en el mundo microscópico.

Hay mucho más que estudiar antes de que los científicos comprendan completamente o sean capaces de controlar los vórtices, pero Snezhko dijo que piensa que, finalmente, podrían usarse como pinzas, mover partículas no metálicas dentro y fuera de una matriz líquida.

"Este vórtice interactúa con las partículas a través del líquido, ", dijo." Puede capturar una partícula en el interior y moverla ".

Pero no es una solución única para todos, Dijo Kokot. Las partículas transportadas deben tener el tamaño adecuado. Si son demasiado pequeños se incorporan al cuerpo del vórtice y lo ralentizan. Y si son demasiado grandes destruyen el vórtice. Solo la partícula del tamaño correcto será capturada en el ojo del núcleo del vórtice y transportada. También podría ser posible usar una partícula para fijar un vórtice en su lugar, donde podría contener o capturar partículas que fluyen, Dijo Snezhko.

"Finalmente, a medida que desarrolle un mejor control de estos vórtices, puede usarlos para capturar carga y moverla por una superficie, "Dijo Snezhko." Ahora mismo, podemos capturar una partícula, pero no podemos dirigirlo. Entonces, hacer eso de una manera más controlada es algo a tener en cuenta ".

Por ahora, Los investigadores continúan experimentando con una variedad de tipos de campos magnéticos para ver cómo responden los rodillos en diferentes entornos y provocan respuestas y controles nuevos y quizás más complejos.