Tuhaf gelebilir ama varlar: dönen nesnelerden yapılmış kristaller. Aachen, Düsseldorf, Mainz ve Wayne State’ten (Detroit, ABD) fizikçiler bu egzotik nesneleri ve özelliklerini ortaklaşa incelediler. Kolayca tek tek parçalara ayrılırlar, tuhaf tane sınırlarına sahiptirler ve hedefe yönelik olarak kontrol edilebilecek kusurları kanıtlarlar.
dergisinde yayınlanan bir makalede Ulusal Bilimler Akademisi BildirileriAraştırmacılar, kapsamlı bir teori uygulanarak bu tür çapraz etkileşim sistemlerinin çeşitli yeni özelliklerinin nasıl tahmin edilebileceğini özetlemektedir.
Bazı manyetik katılar gibi sentetik sistemlerde enine kuvvetler meydana gelebilir. Ancak canlı organizma sistemlerinde de bulunurlar. Amerikan üniversitesi MIT’de çok sayıda denizyıldızı embriyosunun gözlemlendiği bir deneyde, embriyoların yüzme hareketleri yoluyla birbirlerini etkileyerek birbirlerinin etrafında dönmelerine neden olduğu bulunmuştur.
Bunun hangi biyolojik fonksiyona sahip olabileceği henüz anlaşılamamıştır. Bu sistemlerin ortak özelliği dönen nesneleri içermeleridir.
Düsseldorf Heinrich Heine Üniversitesi’ndeki (HHU) Teorik Fizik Enstitüsü’nden Profesör Dr. Hartmut Löwen şöyle açıklıyor: “Birçok dönen bileşen elemanından oluşan bir sistem, niteliksel olarak sezgisel olmayan yeni bir davranış sergiliyor: Yüksek konsantrasyonlarda, bu nesneler, ‘tuhaf’ malzeme özelliklerine sahip katı bir rotor gövdesi oluşturur.”
Örneğin tek esneklik özelliği etkilenir. Geleneksel bir malzeme çekildiğinde çekme yönünde deforme olur, ancak garip bir elastik malzeme deforme olmaz, aksine bükülür.
Böylesine garip bir şekilde bükülmüş bir katı, yapı taşları birbirine çok güçlü bir şekilde sürtünerek parçalar oluşturacak kadar çok sayıda dönen kristalite dönüşebilir. Dikkat çekici bir şekilde, kristal parçalara ayrılmanın yanı sıra kendi kendine de yeniden birleşebilir.
Wayne State Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nden başyazar Profesör Dr. Zhi-Feng Huang ve ilgili yazar Profesör Löwen’in başkanlığını yaptığı fizikçilerden oluşan bir ekip, bu tür tuhaf kristaller için çapraz ölçekli bir teori geliştirdi. Bu teoriyi uygulayarak, bu tür garip katılar için potansiyel yeni uygulamalara ilişkin sonuçlar veren model hesaplamaları yapıldı.
Büyük çapraz etkileşimli kristallerin özünde küçük dönen kristal birimlerine bozunduğu gözlendi. Ancak daha küçük kristaller kritik bir boyuta ulaşana kadar büyüyeceklerdir. Bu davranış, normal kristal büyümesine, yani kristallerin uygun termodinamik koşullar altında giderek daha fazla büyümesine ters düşer.
Profesör Huang şöyle yorumluyor: “Kritik parçaların boyutu ile dönüş hızları arasındaki ilişkiyi belirleyen, bu sürecin altında yatan, doğanın temel bir özelliğini keşfettik.”
Çalışmanın ortak yazarı DWI – Leibniz İnteraktif Malzemeler Enstitüsü ve RWTH Aachen Üniversitesi’nden Profesör Dr. Raphael Wittkowski şunları açıklıyor: “Ayrıca kristallerdeki kusurların nasıl kendi dinamiklerini sergilediğini de gösterdik. Bu tür kusurların oluşumu dışarıdan etkilenebilir, bu da kristallerin özelliklerinin kullanım uygulamaları açısından özel olarak kontrol edilmesine olanak tanır.”
Mainz Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Dr. Michael te Vrugt, “Geniş kapsamlı teorimiz, bu tür çapraz etkileşimleri kanıtlayan tüm sistemleri kapsamaktadır. Olası uygulamalar, kolloid araştırmalarından biyolojiye kadar uzanmaktadır” dedi.
Profesör Löwen şunları ekliyor: “Model hesaplamaları somut uygulama potansiyelini gösteriyor. Bu yeni kristallerin yeni elastik özelliklerinden, örneğin yeni teknik anahtarlama elemanları icat etmek için faydalanılabilir.”
Fizikte, iki kütle arasındaki yerçekimi ve iki yüklü cisim arasındaki Coulomb kuvveti gibi temel etkileşimlere, iki cismin merkezlerini birleştiren bir çizgi boyunca etki ettikleri için merkezi kuvvetler denir. Merkezi kuvvetler cisimlerin birbirine yaklaşmasına veya uzaklaşmasına neden olur.
Bununla birlikte, karşılıklı olarak uygulanan kuvvetin merkezlerinin eksenine dik olarak etki ettiği egzotik bir olgu olan çapraz etkileşimler yakın zamanda keşfedilmiştir. Bu kendiliğinden iki cismin birbirinin etrafında dönmeye başlamasına neden olur.
