微观磁性粒子系统的宏观仿真

在这项工作中，我们展示了宏观实验可用于研究微观系统。此类宏观实验能够检验通过理论考虑或模拟获得但在显微镜下无法获得的假设与结果（例如球形粒子的取向）。为仿真单个赤铁矿立方体浸入水中并受旋转磁场作用的动力学，将一个立方磁体牢固地置于 3D 打印超级球壳中。微观与宏观系统的无量纲参数可通过使用甘油-水混合物替代水，以及通过 3D 打印壳体的材料与填充密度来使之一致。超级球的位姿利用充当基准标记的 ArUco 贴纸进行追踪。我们发现宏观实验与理论预测之间存在定性一致。然而，宏观实验中减弱的热效应导致超级球与表面间摩擦增加，从而改变了系统的临界频率。由于壳体为 3D 打印，所给方法可扩展至任意形状与磁化取向。