Создана первая в мире магнитная жидкость

Магниты, какими мы их знаем, всегда твердые, но наиболее близкая вещь, которую мы имеем к магнитной жидкости, — это класс жидкостей, называемый феррожидкостями (феррофлюиды). Эти материалы, состоящие из частиц оксида железа, взвешенных в жидкости, временно намагничиваются только при воздействии других магнитов. Но теперь исследователям из Лаборатории Лоуренса в Беркли удалось создать первые постоянные магнитные жидкости, которые могут открыть новые возможности для электроники и робототехники.

Феррожидкости существуют с 1960-х годов, и с тех пор они применяются в динамиках, часах, поверхностях, которые могут менять свою липкость или скользкость по требованию, и могут использоваться для небольших спутников. Но во всех этих случаях жидкость показывает магнетизм только при приложении магнитного поля. Новая магнитная жидкость — первая, которая навсегда останется такой.

«Мы создали новый материал, который является одновременно жидким и магнитным», — говорит Том Рассел, ведущий исследователь. «Никто никогда не наблюдал этого явления раньше. Мы задавались вопросом: «Если магнитная жидкость могла стать временно магнитной, что мы могли бы сделать, чтобы она стала постоянно магнитной, и вела себя как твердый магнит, но при этом выглядела и чувствовала себя как жидкость?»

Ученые начали с 3D-печати 1-миллиметровых капель магнитной жидкости, каждая из которых содержала миллиарды наночастиц оксида железа размером всего 20 нанометров. Они были суспендированы в другом жидком растворе. При ближайшем рассмотрении исследователи обнаружили, что капли сохранили свою форму, потому что наночастицы скопились по краям.

Затем исследователи пропустили магнитную катушку над каплями, которая разожгла их магнетизм. Но в отличие от обычных магнитных жидкостей, этот магнетизм сохранялся даже после удаления катушки. Капли начали вращаться вокруг друг друга в унисон.

Изучив магнитометрию капель, ученые выяснили, почему это так. Каждая наночастица оксида железа в каждой капле сразу реагировала на магнитное поле, и поскольку многие из них были соединены вместе на поверхности, они, по существу, образовывали твердую магнитную оболочку. Эти внешние частицы также передавали свою магнитную ориентацию на наночастицы в ядре каждой капли.

Как и следовало ожидать от магнитной жидкости, материал сохраняет свои магнитные свойства практически в любой форме. Исследователи показали, что они могут делить капли на более мелкие или превращать их в сферы, цилиндры, блины, трубочки и даже в форму осьминога, оставляя при этом магнитными. Кроме того, капли могут быть настроены таким образом, чтобы их магнетизм можно было включать и выключать по желанию.

В целом, эти свойства могут сделать капли очень полезными в роботах или электронных устройствах. Ученые предполагают, что капли могут быть использованы для создания искусственных клеток или роботов с магнитным управлением, которые доставляют лекарства в организм.

Исследование было опубликовано в журнале Science, и магнитные жидкости можно увидеть в действии на видео.