Sebuah tim fisikawan telah menemukan kristal berputar yang tidak biasa yang terbuat dari partikel berputar yang menunjukkan perilaku menyerupai materi hidup, seperti memutar daripada meregang dan perakitan ulang diri setelah pecah. Bahan-bahan ini, yang diatur oleh interaksi transversal, menantang aturan pertumbuhan kristal konvensional. Temuan tersebut, yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, menunjukkan aplikasi potensial dalam teknologi dan biologi.
Fisikawan dari universitas di Aachen, Düsseldorf, Mainz di Jerman, dan Wayne State University di Detroit, AS, telah mengeksplorasi kristal yang terdiri dari partikel berputar. Padatan ini menampilkan sifat aneh, termasuk kemampuan untuk terbelah menjadi fragmen, membentuk batas butir yang tidak biasa, dan menunjukkan cacat struktural yang dapat dikendalikan. Penelitian tersebut, yang dirinci dalam studi yang diterbitkan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences, memperkenalkan kerangka teoretis untuk memprediksi perilaku dalam sistem dengan interaksi transversal.
Gaya transversal, yang bekerja tegak lurus terhadap garis yang menghubungkan pusat partikel, menyebabkan benda-benda berputar satu sama lain. Berbeda dengan gaya sentral seperti gravitasi, interaksi ini menyebabkan rotasi spontan. Gaya seperti itu muncul dalam bahan sintetis, seperti padatan magnetik tertentu, dan sistem biologis. Misalnya, eksperimen di Massachusetts Institute of Technology mengamati embrio bintang laut berputar satu sama lain melalui gerakan berenang yang terkoordinasi.
Profesor Dr. Hartmut Löwen dari Heinrich Heine University Düsseldorf mencatat: "Sistem dari banyak elemen konstituen berputar menunjukkan perilaku yang secara kualitatif baru dan tidak intuitif: Pada konsentrasi tinggi, benda-benda ini membentuk tubuh padat dari rotor, yang memiliki sifat material 'aneh'." Salah satu sifat kunci adalah elastisitas aneh, di mana menarik bahan menyebabkan ia berputar daripada meregang.
Kristal dapat hancur ketika blok bangunan berputar bergesekan secara intens, pecah menjadi kristalit berputar yang lebih kecil. Yang luar biasa, fragmen ini kemudian dapat dirakit ulang menjadi struktur yang koheren. Model teoretis multiskala yang dikembangkan oleh tim, dipimpin oleh Profesor Dr. Zhi-Feng Huang dari Wayne State University dan Profesor Löwen, mensimulasikan dinamika ini.
Berlawanan dengan pertumbuhan kristal tipikal, kristal besar di bawah interaksi transversal pecah menjadi unit yang lebih kecil, sementara yang lebih kecil tumbuh hingga ukuran kritis. Profesor Huang menjelaskan: "Kami telah menemukan sifat fundamental alam yang mendasari proses ini yang menentukan hubungan antara ukuran fragmen kritis dan kecepatan rotasinya."
Penulis studi rekan Profesor Dr. Raphael Wittkowski dari RWTH Aachen University dan DWI -- Leibniz Institute for Interactive Materials menambahkan: "Kami juga menunjukkan bagaimana cacat dalam kristal menunjukkan dinamika sendiri. Pembentukan cacat seperti itu dapat dipengaruhi dari luar, yang memungkinkan sifat kristal dikendalikan secara spesifik dengan pandangan terhadap aplikasi penggunaan."
Penulis rekan Dr. Michael te Vrugt dari University of Mainz menyatakan: "Teori kami yang jauh mencakup semua sistem yang menunjukkan interaksi transversal seperti itu. Aplikasi yang dapat dibayangkan berkisar dari penelitian koloid hingga biologi." Profesor Löwen menyoroti penggunaan potensial: "Perhitungan model menunjukkan potensi aplikasi konkret. Sifat elastis baru dari kristal baru ini dapat dimanfaatkan untuk menciptakan elemen saklar teknis baru, misalnya."