科學家發現介觀尺度下微粒的自發軌道化行為

近日，暨南大學物理與光電工程學院納米光子學研究院教授辛洪寶和李寶軍團隊與哈佛大學教授Luke. P. Lee合作，研究發現了介觀尺度下微粒的軌道化行為。相關成果發表于《納米快報》（Nano Letters）。

介觀尺度下微粒的自發軌道化行為示意圖。研究團隊 供圖

物體的自發軌道化運行現象廣泛存在于極小的微觀尺度原子系統和極大的宇觀尺度行星系統中，但在介觀尺度下的自發軌道化現象不易發現。肥皂膜因其形態多變和色彩絢麗的特性，在介觀尺度下包含了復雜的物理規律與微粒動力學演化機制。在介觀尺度下，微粒與肥皂膜間的相互作用通常被認為是復雜且難以預測的。過去的研究多聚焦于整個肥皂膜上微粒群體的無序行為，且往往需要借助外部工具或能源來控制粒子運動，從而掩蓋了介觀尺度下肥皂膜與微粒的內在相互作用。

通過長期的實驗研究，研究團隊首次觀察到在沒有任何外部能量干預的情況下，微粒在具有厚度梯度的肥皂膜上能自發沿著特定軌道運動。通過仿真計算和理論分析，揭示了這種自發有序軌道化行為是肥皂膜的界面張力對特殊潤濕狀態微粒的嚴格約束所致。

該研究還發現，不同大小和親水性的微粒能自發地組織成離散的獨立路徑，且不同微粒在肥皂膜上能實現自發分選。此外，隨著肥皂膜的進一步演化，軌道上微粒的相互吸引力會導致其形成低維微粒組織，如一維鏈和二維陣列。

該發現不僅揭示了介觀尺度下微粒的自發軌道化行為，也為無需外界能量的微粒操控、分選和有序組裝開辟了新的途徑。

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01840