Ученые из Университета ИТМО теоретически описали три сценария, по которым микросферы диоксида кремния в радиочастотной ловушке переходят от упорядоченного движения к хаотическому.
Такие исследования помогут точнее определять характеристики микрочастиц, что важно для создания новых материалов.
Радиочастотная ловушка и траектории частиц
Радиочастотная ловушка — устройство, где электрическое поле заставляет частицы двигаться по сложным траекториям. Исследователи выяснили, что характер движения зависит от размера микросферы:
- Частицы радиусом до 5,8 мкм двигаются по прямой линии, затем их траектория приобретает форму несимметричной «бабочки».
- Частицы 5,8–7,2 мкм описывают усложненную форму с многократным дублированием траектории, которая в итоге переходит в хаотическое движение.
- Частицы 8,3–11,5 мкм начинают с симметричной «бабочки», которая трансформируется в дугу, а затем в хаотическое состояние.
Самые крупные частицы (12–18,5 мкм) демонстрируют траекторию в форме ромба, напоминающего ската, перед переходом к хаосу.
Практическая значимость
Модели показали, что по траекториям можно точно определять массу, заряд и размер микрочастиц. Это открытие важно для:
- Материаловедения — анализа физических характеристик частиц в новых материалах.
- Медицины и экологии — предсказания сложных динамических процессов, таких как развитие болезней или изменений в экосистемах.
- Биологических исследований — анализа микро- и наночастиц, включая одиночные клетки.
В дальнейшем исследователи планируют экспериментально подтвердить теорию и применить результаты для структурного анализа биологических объектов.
«Особенности перехода частиц к хаосу в радиочастотной ловушке позволят предсказывать поведение сложных систем, включая экосистемы и биологические объекты», — отметил руководитель проекта, кандидат физико-математических наук Семен Рудый.
Результаты исследования опубликованы в журнале AIP Chaos.
