В эмульсиях (смесях масла и воды) микроскопические капли иногда ведут себя совсем не так, как ожидают физики. Международная команда ученых из Франции и Израиля под руководством физика Эли Слаутскина (Университет Бар‑Илан) впервые зафиксировала, как при нагреве капля в эмульсии «масло в воде» меняет форму: от правильного шестиугольника — к шестиконечной звезде. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Поверхность капель покрывали молекулы поверхностно‑активного вещества: они уменьшают натяжение между жидкостями и стабилизируют границу между ними. При охлаждении этот слой затвердевает — возникает тонкая (в несколько нанометров) кристаллическая оболочка. Она ведет себя как гибкая упругая пленка и удерживает каплю в метастабильном состоянии: форма устойчива к небольшим изменениям, но может резко перестроиться при смене условий.
При постепенном повышении температуры ученые наблюдали цепочку превращений. Сначала сферическая капля становилась граненой — принимала форму шестиугольной линзы с выпуклыми ребрами. Затем шесть вершин шестиугольника оставались на месте, а между ними появлялись складки: ребра прогибались внутрь, образуя вогнутые участки. Далее, при дальнейшем нагреве, капля резко переходила в форму шестиконечной звезды.
С помощью оптической микроскопии, компьютерного моделирования и физической модели увеличенного масштаба ученые выяснили: кристаллическая оболочка не разрушается и не перестраивает структуру, а изгибается и складывается, компенсируя изменение поверхностного натяжения. Этот механизм назвали «нано‑оригами». Если продолжать нагрев, звезда теряет устойчивость — капля снова становится сферической.
Открытие поможет создавать материалы, которые самостоятельно собираются в заданные структуры при изменении температуры или других условий.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что у квантовых систем обнаружили избирательную память.
