江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

中国科学家新发现：金属液滴也能“在轨追逐”( 二 )


先前研究表明 ， 这种流体导航波体系中的悬浮液滴能模拟量子领域的一系列神秘行为 ， 例如隧穿、干涉等 。 对这种宏观层面上波粒二象性的认识 ， 使得流体导航波研究近年来引发科学界重视 。
液滴CP ， 如何舞
为什么如此重视？因为其他研究途径都太困难了：除了量子体系之外 ， 物理系统中普遍存在着波动伴随的粒子运动 ， 而这些行为通常要么发生在极端尺度 ， 要么需要借助特殊条件才能实现 ， 这给直接观测和控制带来了巨大困难 。 而对于宏观流体导航波体系来说 ， 其驱动参数及系统结构均可灵活变换 ， 易于实现 。
此前 ， 已有研究考查了常规流体导航波体系中单个或者多个液滴的动态行为 ， 但均具有缺点：有的仅局限于单液滴、单个导航波场 ， 有的又让系统结构过于复杂化了——因此 ， 科学家们想寻找一种全新液滴运动模式 。 现在 ， 中国科学家们做到了 。
当流体导航波体系遇到被称作“终结者”流体的液态金属时 ， 会发生什么？这正是来自中国研究人员想要探究的问题 。
与经典流体导航波系统中使用的常规流体 ， 如硅油相比 ， 室温液态金属镓铟合金具有独特的流体特性 ， 如极大的密度和表面张力 ， 极低的黏性等 。 对此 ， 研究团队设计了一个液态金属导航波系统 ， 来研究其宏观波粒二象性 。
“流体性质差异的确带来了不同的实验结果 。 但是 ， 起初观察到的情景让人有点失望——我们无法在液态金属系统中重现液滴的‘行走’状态 。 而此前研究表明 ， 实现液滴的‘行走’是激发液滴水平运动和其他更复杂行为的先决条件 。 ”这项工作的第一作者汤剑波博士说：“然而 ， 在尝试向液态金属系统中加入第二滴液滴的那一刻 ， 我们立即变得兴奋起来 。 ”
事实证明 ， 虽然单个液态金属液滴在水平方向上保持静止 ， 但当两个大小不同的液滴在液池上相遇时 ， 它们会自动耦合（自锁）成一个液滴对 ， 并随即在液池中旋转起来 。
研究人员还发现 ， 液态金属体系中液滴的协同运动表现出一系列十分新奇的特征：首先 ， 这些液滴对总是精确沿着以液池的中心为圆心的同心圆环旋转 。 其次 ， 液滴对做旋转运动具有方向性 。 液滴的协同运动既可以是两者中的大液滴追逐着小液滴旋转 ， 也可以是小液滴追逐着大液滴旋转 。 而追逐的方向取决于两个液滴之间的自锁模式 。
如果两个液滴彼此相邻 ， 液滴对则采取前一种旋转模式；反之 ， 如果液滴彼此远离 ， 液滴对则采取后一种旋转模式 ， 追逐方向发生反转 。 更有趣的是 ， 液态金属液滴对的旋转和追逐运动 ， 具有不同轨道半径和不同自锁距离 ， 且两者均具有明确的量子化数值特性 。
“看到这些活泼的金属液滴在闪烁着金属光泽的液池表面上追逐和绕转 ， 这既使我联想到了微观核外电子围绕原子核的运动 ， 又将其与广袤无际的宇宙天体运行联系起来 。 ”此项工作的共同作者博士生赵曦说 。
幕后推手 ， 应是谁
这些引人入胜的现象背后 ， 是液滴与液池表面的导航波场之间的一系列微妙相互作用 。
研究发现 ， 在所有液态金属液滴对中 ， 小液滴在弹跳中总是先于与之耦合的大液滴“抵达”液面 。 而正是由于这一竖直方向弹跳的不一致 ， 引起了液滴水平方向的运动 。
“之前的系统中从没有观察到这样多样化的液滴量子化、轨道化、定向性的液滴运动 ， 我们相信这些液滴行为的出现是液态金属的独特流体特性所导致的 。 ”指导该研究的刘静教授说：“我们设计了一系列实验来揭示其潜在原理和机制 。 ”
该团队分别对液态金属液池和液滴的动力学行为开展了深入研究 。 他们发现 ， 这种特殊的运动模式源于液滴与液池表面波之间的相互作用 。
“但是 ， 与之前仅存在单个导航波场的系统不同 ， 我们当前的系统由于液态金属自身存在的超常表面张力 ， 会产生第二个全局导航波场 。 ”刘静解释说：“此外 ， 在我们的系统中 ， 液滴是通过与其耦合的液滴局部导航波场相互作用获得水平推力 。 ”


推荐阅读


上一篇：内蒙古自治区无新增确诊病例 排除境外输入疑似病例1例

下一篇：电动车有缺陷，生产厂家对交通事故是否担责？