Частицы в хаосе. Ученые изучили движение микрочастиц в радиочастотной ловушке

Ученые из Университета ИТМО теоретически описали три сценария, по которым микрочастицы диоксида кремния в радиочастотной ловушке переходят от упорядоченного движения к хаосу. Исследование, поддержанное Российским научным фондом, опубликовано в журнале AIP Chaos.

Радиочастотная ловушка — устройство, состоящее из нескольких электродов, создает электрическое поле, которое удерживает частицы и заставляет их двигаться по определенным траекториям. Оказалось, что траектория движения частиц зависит от их размера, а увеличение напряжения может приводить к хаотическим движениям.

"Особенности движения частиц в радиочастотной ловушке можно использовать для определения их характеристик, таких как масса и заряд, а также для скрининга биологических микро- и наночастиц."

- Семен Рудый, руководитель проекта

Ученые выявили три пути перехода частиц к хаосу. Для частиц радиусом менее 5,8 мкм траектории напоминают несимметричную бабочку, которая при увеличении напряжения теряет форму, а частица покидает ловушку. Частицы с радиусом от 5,8 до 7,2 мкм начинают с похожей траектории, но их движения становятся многослойными и сложными, пока не переходят в состояние хаоса. Более крупные частицы (8,3–11,5 мкм) сначала движутся симметрично, трансформируясь в перевернутую бабочку и, наконец, в хаотическое движение. Самые крупные частицы (12–18,5 мкм) переходят к хаосу через ромбовидные траектории, напоминающие ската.

Эти открытия помогут ученым предсказывать поведение сложных систем в физике, экологии и медицине. Зависимость характера движения частиц от их размера также может быть использована для анализа биологических объектов, таких как одиночные клетки. В будущем команда планирует экспериментально подтвердить теоретические результаты и применить их для структурного анализа биологических частиц.

Источник: пресс-служба Российского научного фонда