Исследователи из США обнаружили «жидкость, восстанавливающую форму», которая противоречит ряду классических представлений, основанных на законах термодинамики. Она состоит из воды, масло и намагниченных частиц никеля.
Выпадающая из эмульсии «амфора» / © Anthony Raykh/UMass Amherst
Аспирант Энтони Райх (Anthony Raykh) смешивал в лаборатории воду, масло и намагниченные частицы никеля. «С помощью магнитных частиц можно создавать интересные материалы с полезными свойствами», — поясняет Райх. Он встряхнул смесь — и увидел, как она формирует аккуратную форму амфоры. Как сильно он ни встряхивал состав, форма возвращалась снова и снова.
Он подумал, что над ним подшутили коллеги и отправился с образцом по кабинетам преподавателей и спрашивал, понимают ли они, что происходит. Никто не знал. Но находкой заинтересовались профессора Томас Рассел (Thomas Russell) и Дэвид Хоагленд (David Hoagland).
Команда провела серию экспериментов и привлекла к исследованию коллег из Тафтского университета (США) и Сиракузского университета (США), которые помогли построить математические модели происходящего. Совместная работа показала, что объяснить наблюдаемый эффект можно через магнитное взаимодействие — но только в случае сильной намагниченности частиц.
Если внимательно рассмотреть наночастицы намагниченного никеля, которые располагаются на границе между маслом и водой, можно получить очень точную информацию о том, как из них образуются различные формы. В этом случае частицы настолько сильно намагничены, что их сборка нарушает обычный процесс эмульгирования, описанный термодинамикой.
Обычно из масла, воды и частиц получается эмульсия, такая как майонез. Частицы, добавленные в смесь воды и масла, уменьшают поверхностное натяжение между жидкостями, облегчая их смешение. Но если частицы достаточно сильно намагничены, они, наоборот, увеличивают межфазное натяжение и изгибают границу между жидкостями, формируя изящную кривую.
Ученые описали в статье смесь масла, воды и намагниченных частиц, которая после встряхивания всегда быстро разделяется, формируя изогнутые линии, напоминающие классические очертания древнегреческой вазы. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Хотя практического применения у нового эффекта пока нет,ученые считают, что открытие Райха может оказать влияние на развитие физики мягкой материи. Эмульгирование лежит в основе множества технологий и применений, гораздо более широких, чем приготовление соусов.
