材料：磁性ヤヌスコロイドを用いた同期化と自己集合の結合
Nature 491, 7425 doi: 10.1038/nature11619
同期化は、拍手のリズムやニューロン発火から、結合したジョセフソン接合の量子力学まで、自然界や技術の世界で広く起こる。ところが、新しい空間構造の形成に同期化が利用されたことはない。自己集合に関する理解は、化学分野と材料分野で別々に進展しており、2〜3の有名な例外を除けば、動的な系ではなく平衡系に重点が置かれてきた。今回我々は、これら2つの現象を組み合わせて、同期化によって選択されるヤヌスコロイド・マイクロチューブを作製した。このヤヌスコロイドは、片半球の表面化学特性が反対側の半球と異なるマイクロメートルサイズの球状粒子である。我々は画像化とコンピューターシミュレーションを用いてこれらのヤヌスコロイド粒子を研究している。各シリカ粒子の片半球をニッケル薄膜で覆って円盤状の磁気対称性を生成しているので、歳差磁場において粒子ダイナミクスは重要な位相自由度を維持する。これらのヤヌス球は、運動を同期化すると自己組織化し、マイクロメートルスケールのチューブを形成するが、その中で構成粒子は連続的に回転し振動している。その上、マイクロチューブは粒子によって潮汐固定されなければならない。つまり、粒子は回転するマイクロチューブの中で配向を維持する必要がある。この要件は同期化誘起構造転移につながり、そこから、動く自己集合構造体をin situで形成・分解・微調整できることを利用して、さまざまな応用が生まれる。さらに、静的エネルギー最小化ではなく、動的同期化に基づく基準を用いて構造を制御する一般化可能な方法や、構成要素が外部磁場に従順に従わない新しい磁場駆動型のマイクロメートルスケールデバイスを設計する一般化可能な方法がもたらされる。
