Op reis naar het middelpunt van de aarde, a la Jules Verne, zal niet snel gebeuren. Een nieuw materiaal gemaakt van een vloeibaar metaal en magnetische deeltjes, echter, zou het voor onderzoekers veel gemakkelijker kunnen maken om de krachtige krachten in de kern van de planeet te recreëren.

"We kunnen mogelijk enkele van de verschijnselen die we op planeten en sterren zien, reproduceren met dit materiaal, " zei Eric Bruin, assistent-professor werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan Yale en senior auteur van een studie die op 30 januari in het tijdschrift is gepubliceerd Fysieke beoordeling Vloeistoffen .

Het nieuwe materiaal is gemaakt van een legering van indium en gallium (eGaIn) waarin verschillende deeltjes zijn gesuspendeerd. Bij het stromen, het vermogen om magnetische velden te genereren of te wijzigen is tot vijf keer groter dan dat van puur vloeibaar metaal. Dat, samen met een aanzienlijke toename van de elektrische geleidbaarheid, betekent dat onderzoekers het materiaal kunnen gebruiken om de effecten van magnetohydrodynamica (MHD) te bestuderen - de magnetische eigenschappen van geleidende vloeistoffen die meestal alleen waarneembaar zijn in de kernen van planeten en sterren.

Een uitdaging bij het suspenderen van deeltjes in vloeibare metalen is dat de lucht de huid van de metalen oxideert, deeltjes op het oppervlak houden. De onderzoekers losten dit op door het vloeibare metaal onder te dompelen in een zure oplossing, die oxidatie verwijdert en voorkomt.

"We zijn erin geslaagd om bijna alles wat we wilden op te schorten - staal, zink, nikkel, ijzer - eigenlijk alles met een geleidbaarheid hoger dan die van de eGaIn, " zei Florian Carle, een postdoctoraal medewerker bij Yale's Department of Mechanical Engineering &Materials Science, en hoofdauteur van het artikel.

De ontdekking zou voordelen kunnen bieden voor geofysica, astrofysica, en andere velden die de dynamiek van het aardmagnetisch veld onderzoeken, die wordt gegenereerd door het vloeibare metaal dat in de kern stroomt. Dit magnetische veld creëert een elektrische stroom in de aarde en blokkeert straling uit de ruimte. Gezien het brede scala aan mogelijke toepassingen van het materiaal, de onderzoekers ontwikkelden een gedetailleerd protocol om ervoor te zorgen dat andere laboratoria hun resultaten konden reproduceren.

Een mogelijk gebruik van het materiaal is het bestuderen van magnetische poolflips, wanneer de noord- en zuidpool van de aarde omkeren. Het komt niet vaak voor - gemiddeld flips komen eens in de paar honderdduizend jaar voor, maar de effecten van de aardmagnetische schakelaar kunnen verwoestend zijn door tijdelijk de barrière op te heffen die straling uit de ruimte afschermt. Sommige wetenschappers geloven dat deze flips hebben geleid tot het uitsterven van een aantal soorten op aarde.

Met het materiaal, Carl zei, onderzoekers kunnen "een kleinere aarde creëren" en deze verschijnselen onderzoeken en mogelijk betere voorspellingen doen over poolomkeringen en andere effecten van het magnetische veld. Pogingen om het magnetisch veld van de aarde te recreëren zijn geprobeerd in andere laboratoria, maar met beperkt succes. De meeste hebben betrekking op het gebruik van zeer explosief vloeibaar natrium, waarvoor zeer grote modellen nodig zijn.

"Mensen hebben deze grote stromingskamers met een doorsnee van wel drie meter geprobeerd, gevuld met vloeibaar natrium en ronddraaiend als een miniatuur aarde, " zei Bruin.

Met het materiaal dat de Yale-onderzoekers hebben ontwikkeld, wetenschappers kunnen mogelijk modellen zo klein als 20 vierkante centimeter maken om de verschijnselen van magnetische velden na te bootsen. Behalve dat het veel gemakkelijker is om mee te werken, het materiaal stelt gebruikers in staat om de viscositeit en het magnetisme af te stemmen op hun eigen onderzoek en toepassingen.

"Dus ze zouden resultaten kunnen zien die je niet zou kunnen krijgen met vloeibaar natrium, of zelfs totaal verschillende MHD-verschijnselen observeren, ' zei Karel.

Omdat deze effecten op zo'n kleine schaal kunnen worden gecreëerd, het materiaal kan ook leiden tot de creatie van nieuwe apparaten. "Je kunt je voorstellen dat mensen applicaties bedenken die deze MHD-fenomenen gebruiken in laboratoria en industriële omgevingen, ' zei Bruin.