No nível atômico, um copo d'água e uma colher de sal cristalino não poderiam ser mais diferentes. Os átomos de água se movem livremente e aleatoriamente, enquanto os cristais de sal estão presos em uma treliça. Mas alguns novos materiais, recentemente investigado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), mostram uma tendência intrigante de às vezes se comportar como água e às vezes como sal, dando-lhes propriedades de transporte interessantes e mantendo uma promessa potencial para aplicações como mistura e entrega na indústria farmacêutica.

Esses chamados materiais ativos contêm pequenas partículas magnéticas que se auto-organizam em cadeias curtas de partículas, ou spinners, e formar uma estrutura semelhante a uma rede quando um campo magnético é aplicado. "Os materiais ativos precisam de uma fonte de energia externa para manter sua estrutura, "disse o cientista de materiais da Argonne Alexey Snezhko, um autor do estudo.

Ao contrário de experimentos anteriores envolvendo materiais ativos, que olhou para partículas que demonstraram movimento linear, esses novos spinners adquirem uma destreza - como destro ou canhoto - que os faz girar em uma direção específica.

Esta rotação giratória dos spinners de níquel auto-montados suspensos cria um efeito semelhante a um redemoinho, em que diferentes partículas podem ser sugadas para os vórtices criados por seus vizinhos. "As partículas não se movem por conta própria, mas eles podem ser arrastados, "Snezhko disse." O interessante é que você pode ter essas estruturas girando muito rapidamente que dão a aparência de um sistema ainda maior que ainda está, mas permanece bastante ativo. "

À medida que as partículas começam a se juntar, os redemoinhos criados pelo movimento giratório - em conjunto com as interações magnéticas - os aproximam ainda mais, criando um material tipo cristalino fixo, mesmo quando os spinners ainda giram.

Os pesquisadores de Argonne queriam saber como uma partícula não giratória seria transportada através da rede ativa. De acordo com Snezhko, o rápido giro dos spinners cria a habilidade para que essas outras partículas de carga se movam através da rede muito mais rapidamente do que o fariam através de um material normal. "Na difusão regular, o processo de levar uma partícula de um lado do material para o outro depende da temperatura e leva um período de tempo muito mais longo, " ele disse.

O transporte de uma partícula não giratória também depende do espaçamento entre os giradores. Se os spinners estiverem localizados suficientemente distantes, a partícula não giratória viajará caoticamente entre diferentes giradores, como uma jangada descendo uma série de corredeiras. Se as partículas na rede se aproximam, a partícula não giratória pode ficar presa em uma célula individual da rede.

"Uma vez que a partícula entra na célula por meio de seu próprio movimento caótico, podemos modificar o campo para que a rede encolha ligeiramente, tornando a probabilidade da partícula deixar esse local na rede muito baixa, "Disse Snezhko.

O material também mostrou a capacidade de auto-reparo, semelhante a um tecido biológico. Quando os pesquisadores fizeram um buraco na rede, a rede reformada.

Ao olhar para sistemas com movimento puramente rotacional, Snezhko e seus colegas acreditam que podem projetar sistemas com características de transporte específicas. "Existem muitas maneiras diferentes de colocar um objeto em um material do ponto A ao ponto B, e este tipo de automontagem pode ser adaptado para diferentes dinâmicas, " ele disse.

Um artigo baseado no estudo, "Estrutura reconfigurável e transporte ajustável em materiais giratórios ativos sincronizados, "apareceu na edição de 20 de março da Avanços da Ciência .