No O feiticeiro de Oz , um tornado pega a casa de Dorothy e a leva para longe. Um pouco rebuscado, direito? Mas os cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia (DOE) pensam que, em uma escala muito menor, minúsculos vórtices poderiam um dia ser usados ​​para mover partículas microscópicas.

Os vórtices poderiam um dia ser usados ​​em projetos de laboratório em um chip para mover partículas, como células sanguíneas, de um lugar para outro, ou para construir materiais com propriedades de autocura.

Antes que eles possam controlar os minúsculos vórtices, no entanto, os cientistas precisam entender como seus componentes, ou partículas coloidais, forma e função. Ao expor grupos de rolos magnéticos de metal microscópicos a vários campos magnéticos, O físico de Argonne Alexey Snezhko e o pós-doutorado Gasper Kokot estão criando seus próprios vórtices para acelerar esse entendimento.

"Transportar objetos é uma meta de longo alcance, mas estamos trabalhando nas primeiras etapas, que é entender os princípios básicos, "Snezhko disse." Estamos fazendo isso como uma busca por um novo tipo de material ativo. Materiais existentes fora de equilíbrio. "

A dupla publicou descobertas recentes na edição de 14 de junho da Nature Communications .

Em sua primeira série de testes, pesquisadores colocaram cerca de 100 minúsculos rolos magnéticos de níquel, ou esferas, em uma matriz de água exposta a um campo magnético de eixo único, seguido por um campo magnético alternado.

"Cada partícula é como uma pequena bússola, "Snezhko explicou." E usamos um campo magnético para transferir energia. "

Dentro do único campo magnético, os rolos alinhados como se fossem de fato parte de uma agulha de bússola, mas quando exposto a um campo magnético que mudou de orientação 60 vezes por segundo, os rolos, em vez disso, aglomeraram-se e formaram vórtices.

Nos experimentos, os vórtices puderam se mover livremente na matriz de água, onde os pesquisadores estudaram seu comportamento natural. Quando exposto ao campo magnético oscilante, as partículas também sacudiram e começaram a rolar.

"Este é o único sistema conhecido onde vimos este tipo de rolamento e auto-organização com este comportamento de aglomeração, "Kokot disse." O grupo se move como um só, como um bando de pássaros. "

À medida que as partículas se aglomeram, o sistema forma espontaneamente um vórtice, mas o vórtice também tem algumas propriedades estranhas, como mudar de direção inexplicavelmente. Em seu estudo, o vórtice mudou de direção de rotação em média uma vez a cada 160 minutos.

"Gostaríamos de saber por que muda, o que controla a taxa de mudança, "expressou Kokot." Porque se pudermos controlá-lo, podemos começar a falar sobre utilidade. "

Os pesquisadores suspeitam que as partículas magnéticas podem realmente falar umas com as outras de maneira semelhante aos pássaros para evitar umas às outras durante o vôo. E a esperança é que os cientistas possam eventualmente usar o conhecimento para se automontar e transportar estruturas no mundo microscópico.

Há muito mais para estudar antes que os cientistas entendam totalmente ou sejam capazes de controlar os vórtices, mas Snezhko disse que pensa que, eventualmente, eles podem ser usados ​​como pinças, mover partículas não metálicas para dentro e para fora de uma matriz líquida.

“Este vórtice interage com as partículas através do líquido, "ele disse." Pode capturar uma partícula dentro e movê-la. "

Mas não é uma solução única para todos, Kokot disse. As partículas transportadas devem ter o tamanho certo. Se eles forem muito pequenos, eles são incorporados ao corpo do vórtice e o tornam mais lento. E se eles forem muito grandes, eles destroem o vórtice. Apenas a partícula de tamanho certo será capturada no olho do núcleo do vórtice e transportada. Também pode ser possível usar uma partícula para fixar um vórtice no lugar, onde poderia reter ou capturar partículas que passam, Snezhko disse.

"Eventualmente, conforme você desenvolve um melhor controle desses vórtices, você pode usá-los para capturar carga e movê-la pela superfície, "Snezhko disse." Agora, podemos capturar uma partícula, mas não podemos controlá-lo. Portanto, fazer isso de uma forma mais controlada é algo para se olhar. "

Por enquanto, os pesquisadores continuam a experimentar uma série de tipos de campos magnéticos para ver como os rolos respondem em diferentes ambientes e eliciam novas e talvez mais complexas respostas e controles.