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在原子層面上，一杯水和一勺結晶鹽看起來沒有什麼不同。水原子可以自由、隨意地移動，而鹽的晶體則被鎖在一個晶格中。但是，美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室的研究人員最近調查的一些新材料，顯示出一種有趣的傾向，有時像水，有時像鹽，使它們具有有趣的運輸特性，並為醫藥工業中的混合和輸送等應用帶來了潛在的希望。
這些所謂的活性材料含有小的磁性顆粒，當施加磁場時，它們會自組織成短鏈的顆粒，或者說是紡錘體，並形成類似于格子狀的結構。"活性材料需要一個外部能量源來維持其結構。"該研究的作者，阿貢材料科學家Alexey Snezhko說。
與以前的涉及活性材料的實驗不同，後者研究的是表現出線性運動的粒子，而這些新型旋轉器卻獲得了慣性（如右慣性或左慣性），使它們沿特定方向旋轉。
懸浮的自組裝的鎳轉盤的這種旋轉會產生一種類似於漩渦的效果，不同的粒子會被吸進它們的鄰居所產生的漩渦中。"這些粒子不會自行移動，但它們可以被拖動，"Snezhko說。"有趣的是，你可以有這些非常快速旋轉的結構，讓人看起來像是一個更大的系統靜止不動，但它仍然相當活躍。"
當粒子開始聚集在一起時，旋轉運動所產生的漩渦--與磁力相互作用相結合--將它們拉得更近，形成了一個固定的晶體狀物質，即使是在旋轉器仍在旋轉的情況下。
阿貢的研究人員想知道非旋轉粒子是如何通過活性晶格運輸的。根據Snezhko的說法，旋轉器的快速旋轉創造了這些其他貨物粒子通過晶格的能力，使它們通過晶格的速度比通過普通材料的速度要快得多。他說："在常規擴散中，粒子從材料的一側到另一側的過程是受溫度影響的，需要更長的時間。"
非紡錘粒子的運輸也取決於紡錘之間的間距。如果紡錘之間的距離足夠遠，非紡錘粒子就會在不同的紡錘之間混沌地穿梭，就像漂流在一系列的白水激流中。如果晶格中的粒子靠近，非旋轉粒子就會被困在晶格中的一個個單元格中。
"一旦粒子通過自身的混沌運動進入單元格內，我們可以修改場，使晶格稍微收縮，使粒子離開晶格中那個位置的概率非常低。"Snezhko說。
這種材料還表現出了自我修復的能力，類似於生物組織。當研究人員在晶格上打了一個洞，晶格就會進行改造。
通過觀察具有純粹旋轉運動的系統，Snezhko和他的同事們認為，他們可以設計出具有特定運輸特性的系統。"有很多不同的方法可以讓材料中的物體從A點到B點，這種自組裝的方式可以針對不同的動力學特性進行定製。"他說。
基於這項研究的論文《Reconfigurable structure and tunable transport in synchronized active spinner materials》發表在3月20日的《Science Advances》雜誌上。