——물리학자들은 생명체처럼 행동하는 이상한 회전 결정을 발견했습니다.

자연과 기술의 회전 시스템

“횡력”은 특정 자성 고체와 같은 공학적 재료뿐만 아니라 생물학적 시스템에서도 나타날 수 있습니다. MIT(매사추세츠 공과대학)의 한 실험에서 연구자들은 불가사리 배아 그룹이 수영 동작을 통해 서로 회전하는 방식으로 서로의 움직임에 영향을 미치는 것을 관찰했습니다. 이 조정된 동작의 생물학적 기능은 아직 불분명하지만, 이러한 합성 시스템에서 발견되는 것과 동일한 기본 기능, 즉 상호 작용하고 회전하는 객체를 공유합니다.

뒤셀도르프 하인리히 하이네 대학교 이론 물리학 II 연구소(HHU)의 Hartmut Löwen 교수는 다음과 같이 설명합니다. “많은 회전 구성 요소로 구성된 시스템은 질적으로 새로운 동작을 보여 비직관적입니다. 고농도에서 이러한 물체는 ‘이상한’ 재료 특성을 갖는 회전자의 고체 몸체를 형성합니다.”

그러한 특성 중 하나는 “이상한 탄력성”으로 알려져 있습니다. 일반적으로 재료를 당기면 힘의 방향을 따라 늘어납니다. 대조적으로, 이상한 탄성 소재는 늘어나지 않고 대신 비틀립니다.

뒤틀고, 부수고, 개편하는 것

이런 종류의 “이상한” 고체는 스스로 분해될 수도 있습니다. 회전하는 빌딩 블록이 서로 충분히 강하게 마찰되면 고체는 더 작은 회전하는 결정으로 조각날 수 있습니다. 더욱 놀랍게도 이러한 조각들은 나중에 다시 한 번 일관된 구조로 재조립될 수 있습니다.

Wayne State University의 Zhi-Feng Huang 교수와 Löwen 교수가 이끄는 연구팀은 이러한 이상한 결정의 거동을 설명하기 위해 다중 규모 이론적 모델을 개발했습니다. 이 모델을 사용하여 그들은 이러한 회전 재료에 대한 예상치 못한 패턴과 가능한 기술적 용도를 밝혀내는 시뮬레이션을 수행했습니다.

결정 성장의 규칙을 뒤집다

연구팀은 가로 상호 작용에 의해 지배되는 큰 결정이 더 작은 회전 단위로 분해되는 경향이 있는 반면, 더 작은 결정은 특정 임계 크기에 도달할 때까지 성장한다는 것을 발견했습니다. 이러한 결과는 일반적으로 유리한 조건에서 재료가 꾸준히 팽창하는 기존의 결정 성장과 반대됩니다.

황 교수는 다음과 같이 설명합니다. “우리는 중요한 파편의 크기와 회전 속도 사이의 관계를 결정하는 이 과정의 기초가 되는 자연의 근본적인 특성을 발견했습니다.”

연구 공동 저자인 DWI(Leibniz Institute for Interactive Materials) 및 RWTH Aachen University의 Dr. Raphael Wittkowski 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 또한 결정의 결함이 어떻게 자체 역학을 나타내는지 입증했습니다. 이러한 결함의 형성은 외부에서 영향을 받을 수 있으며, 이를 통해 결정의 특성을 사용 용도에 따라 구체적으로 제어할 수 있습니다.”

“우리의 광범위한 이론은 그러한 횡단 상호 작용을 입증하는 모든 시스템을 포괄합니다. 가능한 응용 분야는 콜로이드 연구에서 생물학에 이르기까지 다양합니다.”라고 공동 저자이자 마인츠 대학의 조교수인 Michael te Vrugt 박사는 말했습니다.

Löwen 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “모델 계산은 구체적인 응용 가능성을 나타냅니다. 이러한 새로운 결정의 새로운 탄성 특성은 예를 들어 새로운 기술 스위칭 요소를 발명하는 데 활용될 수 있습니다.”

중앙 대 횡력

물리학에서는 중력, 쿨롱 힘과 같은 상호 작용을 다음과 같이 말합니다. 중앙군 두 물체의 중심을 연결하는 선을 따라 작용하기 때문입니다. 이러한 힘으로 인해 물체는 서로 가까워지거나 멀어지게 됩니다.

대조적으로, 횡방향 상호작용 중심축에 수직으로 작용하는 최근에 발견된 힘의 종류입니다. 이러한 특이한 정렬로 인해 몸체가 자발적으로 서로 회전하기 시작합니다. 이는 새로 발견된 회전 결정의 중심에 있는 역학입니다.