Regras de design para controlar defeitos topológicos ativos

Os defeitos topológicos desempenham um papel central na física de muitos materiais, incluindo ímãs, supercondutores e cristais líquidos. Em fluidos ativos, os defeitos tornam-se partículas autônomas que se propulsam espontaneamente a partir de tensões internas ativas e geram fluxos caóticos agitando o fluido. A conexão íntima entre texturas de defeitos e fluxo ativo sugere que as propriedades de materiais ativos podem ser engenheiradas controlando os defeitos, mas os princípios de design para seu controle espaço-temporal permanecem elusivos. Aqui, propomos uma estratégia aditiva baseada em simetria para usar padrões de atividade elementares, como pinças topológicas ativas, para criar, mover e trançar tais defeitos. Ao combinar teoria e simulações, demonstramos como, em nível coletivo, gradientes de atividade espacial atuam como campos elétricos que, quando suficientemente fortes, induzem uma polarização topológica invertida dos defeitos, semelhante a um dielétrico com susceptibilidade negativa. Aproveitamos essa característica em um ambiente dinâmico para padronizar coletivamente e transportar defeitos ativos interagentes. Nosso trabalho estabelece uma estrutura aditiva para esculpir fluxos e manipular defeitos ativos tanto no espaço quanto no tempo, abrindo caminho para projetar materiais ativos e vivos programáveis para transporte, memória e lógica.