Материалы создают «воспоминания» о прошлом неожиданным образом: что выяснили физики
Многие материалы хранят информацию о том, что с ними произошло в прошлом, в своего рода материальной памяти, как складки на когда-то скомканном листе бумаги. Теперь физики обнаружили, как при определенных условиях некоторые материалы, по-видимому, нарушают базовую математику, чтобы хранить воспоминания о последовательности предыдущих деформаций. Это открытие предлагает новые возможности, которые можно использовать в области вычислительной техники и машиностроения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет ScienceAlert.
Один из способов, с помощью которого некоторые материалы формируют "воспоминания", называется памятью с точкой возврата, которая опирается на возвратно-поступательную силу в двух направлениях и работает как однодисковый кодовый замок. Когда диск замка вращается в определенной последовательности то в одну, то в другую сторону, это приводит к открытию замка. Аналогично, для материалов с памятью с точкой возврата чередование разных деформаций может оставить "воспоминания" о последовательности изменений, которую физики могут обнаружить.
Память с точкой возврата основана на чередовании направления внешней силы, например, на чередовании положительного или отрицательного магнитного поля или натяжении материала с одной стороны, а затем с другой. Но материалы не должны иметь возможности формировать память с точкой возврата, когда сила действует только в одном направлении.
Расчеты показывают, что нельзя хранить последовательность, если у есть только асимметричное движение в одном направлении. Но физики обнаружили, что при определенных обстоятельствах такой вид асимметричного движения может кодировать последовательность.
Физики создали компьютерную модель для изучения того, каким образом в материале может кодироваться последовательность изменений. Для этого ученые свели компоненты в системе, такие как частицы в твердом теле, к абстрактным элементам, называемым гистеронами. Эти элементы системы могут не сразу реагировать на внешние условия и оставаться в прошлом состоянии.
Гистероны в модели взаимодействуют либо вместе, когда изменение одного стимулирует изменение другого, либо взаимодействуют "фрустрированным" образом, когда изменение одного препятствует изменению другого. И это нарушает правила памяти с точкой возврата.
Примером такой "фрустрации" может служить обычная соломинка с гофрированным изгибом для питья напитков. Этот изгиб на соломинке можно сжимать и растягивать. Если потянуть за концы соломинки и остановится, то одна из кладок в изгибе расширится пока движение происходит в одном направлении. Но другие складки останутся в том же состоянии. Изменение одной складки снимает напряжение во всей системе. Оценка всех складок дает подсказки о прошлых силах, которые были применены. Это не идеальная аналогия, но она дает общее представление.
Ученые обнаружили, что системы с совместными взаимодействиями могут кодировать последовательность только в том случае, если движение было симметричным. Однако для создания закодированной последовательности с асимметричным движением было достаточно всего одной пары "фрустрированных" гистеронов.
Физики выяснили, что "фрустрированные" гистероны могут действовать как банки памяти для самой последней деформации и самой большой деформации. По словам ученых, хотя "фрустрированные" гистероны, вероятно, редко встречаются в реальных материалах, их можно встроить в искусственные материалы. Таким образом можно получить системы, которые хранят воспоминания о прошлых состояниях материала.
| Комментарии (0) |