这一发现是基于电动力学的现象，即马格努斯效应。Zachary Sherman PhD ' 19，他现在是德克萨斯大学奥斯汀分校的博士后，麻省理工学院化学工程教授James Swan在本周发表于《物理评论快报》的一篇论文中描述了这一新现象。
马格努斯效应使旋转的物体被拉向垂直于其运动的方向，如在曲球中;它以空气动力为基础，在宏观尺度下运作——也就是在容易看到的物体上——而不是在更小的粒子上。这种由电场引起的新现象可以将粒子推进到纳米级别，使它们在一个可控的方向上移动，而不需要任何接触或移动部件。
这一发现令人惊讶，因为谢尔曼当时正在测试一些新的模拟软件，以模拟他正在开发的微型纳米粒子在磁场和电场中的相互作用。他所研究的试验案例包括将带电粒子置于电解液中，电解液是一种含有离子或带电原子或分子的液体。
他说，人们已经知道，当直径只有几十到几百纳米的带电粒子被置于这种液体中时，它们会保持悬浮在液体中，而不是沉降，形成胶体。然后离子聚集在粒子周围。新软件成功地模拟了这种离子聚类。接下来，他模拟了穿过材料的电场。这可能会引发一种称为电泳的过程，它将推动粒子沿着应用场的方向前进。软件再次正确地模拟了这个过程。
然后谢尔曼决定进一步推进，逐渐增加电场的强度。“但后来我们看到了一件有趣的事情，”他说。“如果电场足够强，你就能得到正常的电泳，但胶体会自发地开始旋转。”这就是马格努斯效应发挥作用的地方。
他说，在模拟中，不仅粒子在移动过程中旋转，而且“这两个运动耦合在一起，旋转的粒子就会偏离轨道”。“这有点奇怪，因为你向一个方向施加一个力，然后物体就会向你指定的方向垂直(直角)移动。他说，这与旋转球的空气动力学原理直接类似。“如果你在棒球中投掷一个曲球，它会朝着你投掷的方向前进，但随后它也会转向。所以这是著名的宏观马格努斯效应的微观版本。”
当电场足够强时，带电粒子在垂直于电场的方向上产生了强烈的运动。他说，这可能是有用的，因为有了电泳，“粒子会向其中一个电极移动，你会遇到这个问题，粒子会移动，然后它会进入电极，它会停止移动。”所以仅靠电泳是不能产生连续运动的。”
相反，由于这种新效应与应用领域成直角，它可以用来推动粒子沿微通道，只需在顶部和底部放置电极。他说，这样一来，粒子就会“沿着通道移动，永远不会撞上电极。”他说，这使得它“实际上是一种更有效地引导微观粒子运动的方法”。
他说，有两种不同类型的过程可以让这种能力派上用场。一种方法是使用粒子将某种“货物”运送到特定的地点。例如，微粒可以附着在治疗药物上，“你试图把它送到需要药物的目标位置，但你不能直接把药物送到那里，”他说。或者粒子可能含有某种化学反应物或催化剂，需要被引导到特定的通道以进行所需的反应。
另一个例子与这个过程相反:拿起一些目标材料，把它带回来。例如，产生一种产品的化学反应也可能产生许多不需要的副产品。“所以你需要一种方法来推出产品，”他说。这些粒子可以用来捕获产品，然后使用应用的电场提取。“在这种情况下，它们就像小吸尘器一样，”他说。“他们拿起你想要的东西，然后你可以把它们搬到其他地方，然后在更容易收集的地方发布产品。”
他说，这种效应应该适用于各种颗粒大小和颗粒材料，研究小组将继续研究不同的材料特性如何影响这种效应的旋转速度或平移速度。只要粒子和悬浮其中的液体的电学性质(称为介电常数)不同，这一基本现象几乎适用于它们的任何材料组合。
研究人员观察了介电常数非常高的材料，比如金属粒子，悬浮在低导电性的电解液中，比如水或油。谢尔曼说，在介电常数方面，“但你也可以在任何两种有对比的材料上看到这一点”，例如，在两种不混合的油中，就会形成悬浮的液滴。
这项工作得到了NASA和美国国家科学基金会的支持。
