Crean hielo antigiro coloidal con campos magnéticos rotatorios

Invertir la regla clásica del hielo

En el hielo de agua ordinario, cada átomo de oxígeno mantiene dos átomos de hidrógeno cerca y dos más lejos, una configuración conocida como la regla del hielo. Como múltiples disposiciones cumplen este equilibrio igual de bien, la estructura atómica permanece desordenada, mostrando frustración geométrica. Los científicos han modelado históricamente este comportamiento con hielos de espín artificiales hechos de partículas coloidales microscópicas colocadas dentro de surcos diseñados, según documenta Phys.org, lo que representa una innovación continua en la física de la materia blanda. En los montajes tradicionales, las interacciones repulsivas separan las partículas para minimizar el desequilibrio local, o carga topológica, en cada unión.

«En un hielo antigiro, el sistema busca maximizar en lugar de minimizar las cargas topológicas locales».

— Pietro Tierno, Universidad de Barcelona

La rotación rápida convierte la repulsión en atracción

Para construir un hielo antigiro, el coautor del estudio Pietro Tierno, de la Universidad de Barcelona, y sus colaboradores invirtieron esa interacción fundamental. Los investigadores siguieron microesferas paramagnéticas de 2,8 micrómetros de diámetro, compuestas de poliestireno con granos de óxido de hierro incrustados, según Phys.org. En lugar de aplicar un campo magnético vertical que hace que las partículas vecinas se repelan, el equipo utilizó un campo magnético en el plano que gira a una frecuencia de 50 Hz con una amplitud de 4 mT.

Acumulación de carga en una red pentaheptita

El campo rotatorio hace que las partículas alternen entre atracción y repulsión, pero la atracción cabeza-cola es aproximadamente el doble de fuerte que la repulsión lateral, lo que produce una atracción neta en todas las direcciones. En este prototipo experimental, los coloides se depositaron en pozos dobles litográficos dispuestos en una red pentaheptita captada por Renaud Baillou y Matt Terkel, según informa Phys.org. En lugar de dispersarse uniformemente para equilibrar los vértices, las partículas que se atraen se agrupan hacia ciertas uniones y despejan otras, creando estados con cargas positivas o negativas altas que están prohibidos bajo las reglas normales del hielo, una idea que podría inspirar nuevos diseños en robótica microscópica.

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