Nieuw materiaal beweegt spontaan heen en weer en vormt kristalachtige patronen
NATUURKUNDE beeld: Veenstra, Binysh et al.
Beweging zonder externe aansturing: een team natuurkundigen uit Amsterdam, Leiden en het Verenigd Koninkrijk ontwikkelde een nieuw materiaal dat zelf ritmische patronen kan produceren in ruimte en tijd. De onderzoekers publiceren hun resultaten vandaag in Nature.
Met elkaar verbonden robotelementen die een nieuw materiaal vormen met bijzondere eigenschappen. De herhaalde heen-en-weerbewegingen van de elementen – het ‘dansen’ op een intern ritme – creëren een stabiele oscillatie in het materiaal als geheel, ook wel ‘tijdkristallen’ genoemd. Natuurkundigen uit Amsterdam, Leiden en het Verenigd Koninkrijk hebben aangetoond dat ze deze structuren in twee verschillende vormen kunnen maken: een eendimensionale ring en een tweedimensionaal oppervlak. Hun baanbrekende resultaten zijn vandaag gepubliceerd in Nature.
Kristalstructuren combineren met actieve materie
Keukenzout en diamanten hebben iets gemeen: hun atomen vormen een regelmatig, zich herhalend patroon in de ruimte. Deze materialen staan bekend als ‘ruimtelijke kristallen’. De laatste tijd hebben natuurkundigen veel belangstelling voor een alternatief: dat van ‘tijdkristallen’; structuren die ook in de tijd een patroon herhalen.
Het internationale team van onderzoekers in dit project creëerde tijdkristallen met behulp van robotische elementen, en combineerden deze met nog een ander actueel onderwerp in het recente natuurkundig onderzoek, namelijk actieve materie. Dit zijn configuraties van op elkaar inwerkende deeltjes, intern aangedreven door hun eigen energiebron. Deze deeltjes hoeven geen atomen of moleculen te zijn; een voorbeeld op veel grotere schaal is een zwerm vogels die zich gezamenlijk gedraagt als één actieve eenheid.
Elastisch en stabiel tegelijk
‘Deze publicatie laat zien dat dit soort actieve, elastische metamaterialen een goudmijn zijn voor nieuwe fysica’, legt emeritus hoogleraar Theoretische Natuurkunde Wim van Saarloos uit. ‘In ons experiment hebben we een nieuwe manier waargenomen waarop hun collectieve bewegingen veranderen en in omvang toenemen, net als golven. En we hebben gezien dat dit proces kan leiden tot de spontane vorming van tijdkristallen. We zagen vervolgens dat, in tegenstelling tot in veel gewone tweedimensionale systemen, kleine willekeurige veranderingen de orde in het systeem niet verstoren.’
Uitlegvideo gemaakt door Corentin Coulais en Jonas Veenstra
Vanwege de gekozen cookie-instellingen kunnen we deze video hier niet tonen.
Bekijk de video op de oorspronkelijke website ofPublicatie in Nature
Wave coarsening drives time-crystallization in mechatronic metamaterials
J. Veenstra, J. Binysh, V. Seinen, R. Naber, R. Solé Borràs, D. Robledo Poisson, W. van Saarloos, A. Souslov and C. Coulais