Исследователи из университетов Тюбингена, Байройта и Касселя (Германия) вместе с Польской академией наук создали способ одновременно и независимо управлять магнитными микрочастицами разного размера. Метод опубликован в журнале Physical Review Letters.
Такие частицы — коллоиды — используют в медицине для доставки лекарств, в лабораторных тестах и для создания новых материалов. Их размер варьируется от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров. До сих пор управлять ими в зависимости от размера не удавалось.
Суть метода — разместить частицы над магнитным слоем с узором в виде шахматной доски. В прежних экспериментах частицы держали на определенной высоте над слоем: там магнитные силы как будто уравновешивались, и частицы двигались — но вне зависимости от своего размера. Разделить их по размеру было невозможно. Тогда ученые решили опустить частицы ближе к магнитному слою. В итоге разница в размере начала играть роль.
Управление происходит через внешнее магнитное поле и его ориентацию. Ключевой элемент — так называемые «алмазные контуры»: ориентации поля, которые принципиально меняют форму энергетического ландшафта для частиц.
Если поле «обходит» такой контур, частица перемещается между двумя клетками шахматной доски. Причем размер контура зависит от размера частицы. Поэтому один и тот же маршрут поля может сдвинуть крупную частицу и оставить мелкую на месте.
Чтобы показать точность метода, исследователи заставили две частицы разного размера одновременно вычертить буквы S и L на магнитной подложке. Движения топологически защищены, то есть устойчивы к внешним помехам и неровностям поверхности.
«Соединяя простые круговые движения, мы можем создавать произвольно сложные траектории для разных частиц одновременно», — говорит первый автор работы Себастьян Вольраб.
Метод открывает путь к новым «лабораториям на чипе» — устройствам для медицинской диагностики — и к автоматизированному производству умных материалов, включая фотонные кристаллы.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые экспериментально подтвердили гипотезу Максвелла о магнитных гироскопах.
