具有非平衡电压控制磁性、界面与图案的电流变铁磁流体

具有连续耗散的材料可表现出热力学平衡中不可能出现的响应与功能。尽管这一概念为人所知，一个主要挑战在于实现：如何合理设计具有功能性非平衡态的材料并量化耗散？此处我们针对广泛使用的具有多种功能的胶体纳米颗粒解决这些问题。我们提出，可通过连续注入和耗散能量来创建并维持稳态纳米颗粒浓度梯度，从而实现有用的非平衡态。我们利用超顺磁性氧化铁纳米颗粒在实验中证明了这一点：其在热力学平衡下形成具有强磁响应（铁磁流体）的均匀功能流体。为创建非平衡功能，我们用阴离子电荷控制剂对纳米颗粒充电，以创建电流变铁磁流体（electroferrofluids），其中纳米颗粒作为电荷载流子，可被电场和电流驱动至非均匀耗散稳态。该耗散稳态表现出电压控制的磁特性和涌现的扩散界面。扩散界面对外磁场响应强烈，导致出现平衡态中不可能存在的耗散图案。我们确定了这些耗散图案最接近的非耗散类似物，讨论了差异，并强调了电流变铁磁流体中的图案形成如何与可直接量化的耗散相关联。除电控铁磁流体与图案外，我们预见该概念可推广至其他功能纳米颗粒，以创建具有光学、电学、催化和力学响应且热力学平衡中不可能存在的各种科学和技术相关的非平衡态。