Cuando dos sustancias se juntan, eventualmente se asentarán en un estado estable llamado equilibrio termodinámico; ejemplos son el aceite sobre el agua y la leche que se mezcla con el café.
Los investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia querían alterar este tipo de estado para ver qué sucede y si pueden controlar el resultado.
«Las cosas en equilibrio tienden a ser bastante aburridas», dice en un comunicado el profesor Jaakko Timonen, cuyo grupo de investigación llevó a cabo un nuevo trabajo publicado en ‘Science Advances’ el 15 de septiembre. «Es fascinante sacar a los sistemas del equilibrio y ver si las estructuras que no están en equilibrio pueden controlarse o ser útiles. La vida biológica en sí misma es un buen ejemplo de comportamiento verdaderamente complejo en un grupo de moléculas que están fuera del equilibrio termodinámico».
En su trabajo, el equipo utilizó combinaciones de aceites con diferentes constantes dieléctricas y conductividades. Luego sometieron los líquidos a un campo eléctrico.
«Cuando activamos un campo eléctrico sobre la mezcla, la carga eléctrica se acumula en la interfaz entre los aceites. Esta densidad de carga corta la interfaz del equilibrio termodinámico y la convierte en formaciones interesantes», explica el doctor Nikos Kyriakopoulos, uno de los autores de la papel. Además de ser interrumpidos por el campo eléctrico, los líquidos se confinaron en una hoja delgada, casi bidimensional. Esta combinación llevó a que los aceites se transformaran en varias gotas y patrones completamente inesperados.
Las gotas del experimento podrían convertirse en cuadrados y hexágonos con lados rectos, lo que es casi imposible en la naturaleza, donde pequeñas burbujas y gotas tienden a formar esferas. También se podría hacer que los dos líquidos se formen en celosías interconectadas: patrones de rejilla que ocurren regularmente en materiales sólidos pero que no se conocen en mezclas líquidas.
Los líquidos incluso pueden ser persuadidos para que formen un toro, una forma de rosquilla, que se mantuvo estable y mantuvo su forma mientras se aplicaba el campo, a diferencia de lo que ocurre en la naturaleza, ya que los líquidos tienen una fuerte tendencia a colapsar y llenar el agujero en el centro. Los líquidos también pueden formar filamentos que ruedan y giran alrededor de un eje.
«Todas estas formas extrañas son causadas y sostenidas por el hecho de que el movimiento de las cargas eléctricas que se acumulan en la interfaz les impide colapsar y volver al equilibrio», dice Geet Raju, el primer autor del artículo.
Uno de los resultados de este trabajo es la capacidad de crear estructuras temporales con un tamaño controlado y bien definido que se pueden encender y apagar con voltaje, un área que los investigadores están interesados en explorar más a fondo para crear dispositivos ópticos controlados por voltaje. Otro resultado potencial es la capacidad de crear poblaciones interactivas de microfilamentos rodantes y microgotas que, en algún nivel elemental, imitan la dinámica y el comportamiento colectivo de microorganismos como bacterias y microalgas que se impulsan a sí mismos utilizando mecanismos completamente diferentes.
