Arne Claussen, Düsseldorf Heinrich-Heine Universiteti

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Dairəvi trayektoriya boz rəngdə göstərilib və dairəvi hərəkət edən kiral mini-robotlar (qara disklər) sistem divarına təzyiq göstərir (dairəvi kənar qırmızı rəngdə göstərilib). Divardakı bu təzyiq yüksək effektiv temperatur və kənar cərəyanlarına səbəb olur (mavi oxlar). Müəllif: HHU/Marco Musacchio

Heinrich Heine Universitetinin Düsseldorf (HHU), Darmştadt Texniki Universitetinin, Romadakı Sapienza Universitetinin və Kamerino Universitetinin (hər ikisi İtaliyada) fizikləri fırlanan hissəciklərdən ibarət qaz üçün termodinamikanın fundamental qanunlarını hesablayıblar. ” Proceedings of the National Academy of Sciences ” ( PNAS ) elmi jurnalında onlar bu qazın təzyiqinin normal qazın təzyiqinə bənzər, lakin yüksək temperaturda olduğunu nümayiş etdirirlər. Bundan əlavə, hədəf hissəcik daşınması üçün istifadə edilə bilən lokal səth cərəyanları yaranır.

İdeal qaz qanunu adlanan qanun termodinamikanın əsaslarından biridir və qazın təzyiqinin onun sıxlığı və temperaturu ilə mütənasib olduğunu bildirir. Mikroskopik baxımdan təzyiq, daxil olan hissəciklərin zərbəyə və əks olunmaya qarşı vahid sahəyə tətbiq etdiyi orta qüvvədir. Daha yüksək temperaturda hissəciklər daha sürətli hərəkət edir və buna görə də zərbəyə daha çox təzyiq göstərir.

HHU-nun Nəzəri Fizika İnstitutundan Dr. Hartmut Löwenin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu, ideal qaz qanununun özüyeriyən, sözdə “aktiv” hissəciklərə də aid olub-olmadığını və ya tarazlıqsız vəziyyətin əhəmiyyətli fərqlərə səbəb olub-olmadığını soruşdu. Düsseldorfdakı fiziklərdən əlavə, Roma, Kamerino və Darmştadtdan olan həmkarları da araşdırmaya cəlb olunmuşdular.

Löwen PNAS -da dərc olunmuş tapıntılar barədə belə şərh verib : “Bu sualın cavabı həm bəlidir, həm də xeyr: İdeal qaz qanunu artıq tətbiq olunmasa da, qeyri-tarazlıq vəziyyətində daha yüksək temperaturun mövcud olduğunu şərh edə bilərik.”

Fırlanma təzyiqi necə dəyişir

Diqqət xüsusilə “xiral” aktiv hissəciklərə yönəlmişdi: düz xətt üzrə hərəkət etməyən, əksinə orbitdə sistematik şəkildə sürüşən, yəni fırlanan özüyeriyən cisimlər. Bu cür hissəciklərə tez-tez təbiətdə – məsələn, yosunlarda və fırlanan akasiya toxumlarında – və amortizatorlarda sərtliyi artırmaq və idarə etmək üçün istifadə edilə bilən maqnitlə hərəkət edən kolloid hissəciklər kimi texnologiyada rast gəlinir.

Belə öz-özünə fırlanan cisim səthə yaxınlaşdıqda, normal əks olunmaya əlavə olaraq səthə göstərilən təzyiqə iki amil də təsir göstərir: Bir tərəfdən, cismin özünün hərəkəti aktiv üzmə təzyiqi kimi tanınan təzyiqin artmasına səbəb olur. Digər tərəfdən, hissəciklərin özlərinin fırlanması cismin səthdə tangensial hərəkət etməsinə səbəb olur ki, bu da üzmə təzyiqini azaldır.

Löwen dedi: “Analitik baxımdan, bu, ideal qaz qanununa bənzəyir, lakin aktivlikdən asılı, faktiki olaraq daha yüksək temperatura malikdir. Qeyri-tarazlıq vəziyyətində ümumiyyətlə bir vəziyyət tənliyinin olması təəccüblüdür; bu o deməkdir ki, təzyiq yalnız bir neçə parametrdən asılıdır, lakin divar xüsusiyyətlərindən deyil.”

Səth cərəyanları və mümkün istifadələr

Sapienza Universitetindən Dr. Lorenzo Caprini tədqiqatın aparıcı müəllifidir. “Divarlardakı tangensial hərəkət kənarlarda istiqamətli hissəcik axınına səbəb olur ki, bu da kəmiyyətcə hesablana bilər. Maraqlıdır ki, bu, yalnız bir strukturun səthində cərəyan keçirə bilən sözdə topoloji izolyatorlara bənzətmədir.”

HHU-da nəzəri proqnozlar kiral mini-robotların iştirak etdiyi bir təcrübədə təsdiqləndi. Bu təcrübənin aparılmasında əsasən doktorant tədqiqatçı Marko Musakkio məsuliyyət daşıyırdı. “Təcrübə qurğumuz fırlanan sistemləri effektiv şəkildə təkrarlayır və nəzəriyyə ilə kəmiyyət müqayisəsinə imkan verir ki, bu da olduqca uğurludur.”

Darmştadtdan olan həmmüəllif Dr. Benno Libchen əlavə edib: “Bizim tapıntılarımız yalnız kiral mikroüzgüçülərin qeyri-tarazlıq termodinamikası üçün fundamental əsas deyil. Onlar həmçinin gələcək tətbiqlər üçün faydalı bir təməl rolunu oynaya bilər, məsələn, yalnız sistem kənarlarında təsirli olan və beləliklə, dərmanların səmərəli daşınmasına imkan verən axın sahələrinin yaradılması.”

Nəşr detalları

Lorenzo Caprini və digərləri, İnertial kiral aktiv qazların aktiv termodinamikası: Hal və kənar cərəyanlarının tənliyi, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2532158123 . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2509.05053

Jurnal məlumatları: Milli Elmlər Akademiyasının materialları , arXiv  

Əsas anlayışlar

Tarazlıqsız statistik mexanikaTermodinamikaNəqliyyat hadisələriCanlı maddə və aktiv maddəKollektiv dinamika və aktiv maddə nəzəriyyələri

Heinrich-Heine Universiteti tərəfindən təmin edilir Düsseldorf Bu hekayənin arxasında kim dayanır?

Qeb Klark

İngilis dili üzrə magistr dərəcəsi, 2021-ci ildən bəri mətn redaktoru, ali təhsil və səhiyyə sahəsində təcrübəyə malikdir. Etibarlı elm xəbərlərinə həsr olunub. Tam profil →

Robert Egan

Riyazi biologiya üzrə bakalavr, yaradıcı yazı üzrə magistr dərəcəsi. Elm və dilə dair unikal perspektivləri olan çox səyahət etmişəm. Tam profil →

Daha ətraflı araşdırın

Kiçik fırlanan hissəciklər özlü mayelərdə burulğan yaradır və maraqlı yeni davranışlar yaradır