一种在西班牙很受欢迎的油炸早餐食物为甜甜圈形状的液滴的开发提供了灵感，这可能会为科学家们研究物理学、数学和材料的基本问题提供一种新的方法。
这种甜甜圈形状的液滴被称为环形液滴，是由两种不同的液体通过一个简单的旋转台和注射针形成的。水滴的总体大小约为一毫米，是单独产生的，它们的形状由周围由聚合物制成的有弹性的材料保持。这种由液晶制成的环形液滴(与笔记本电脑显示器所用的材料相同)的性质可能与由相同材料制成的球形液滴截然不同。
虽然佐治亚理工学院的研究人员还没有对甜甜圈形状的液滴进行具体的应用，但他们相信，这种新颖的结构为研究许多有趣的问题提供了机会，从观察在这些有限空间中有序材料的特性到研究几何形状如何影响细胞的行为。
“我们的实验为人们研究这类问题提供了一种新的方法，这种方法主要是理论上的。我们正在用环面做实验，其几何形状可以在实验室中精确控制。阿尔贝托Fernandez-Nieves他是乔治亚理工学院的助理教授物理学院的．“这项工作开辟了一种新的方法，可以用实验来观察以前没有人能够研究的问题。一般说来，环面与球面的性质是非常不同的。”
5月20日，该杂志的早期版本描述了这些“带柄的稳定向列相液滴”的发展美国国家科学院院刊(PNAS)。这项研究得到了美国国家科学基金会(NSF)的资助，荷兰莱顿大学洛伦兹理论物理研究所和英国约克大学的研究人员也参与了这项研究。
液滴通常形成球形，以尽量减少容纳一定体积液体所需的表面积。虽然它们看起来很简单，但当像晶体或液晶这样有序的材料存在于球体表面时，它给数学家和理论物理学家带来了有趣的挑战。
作为一名专注于软凝聚态的物理学家，费尔南德斯-尼夫斯长期以来一直对曲面的理论方面感兴趣。他与研究生研究助理Ekapop Pairam和博士后Jayalakshmi Vallamkondu合作，希望将理论研究扩展到环形形状系统的实验世界。
但甜甜圈形状的液滴能在实验室中产生吗?
部分答案来自费尔南德斯-尼夫斯小时候在西班牙吃的油条。这些“西班牙甜甜圈”——实际上是螺旋形的——是在面团旋转和油炸时将面团注入热油中制成的。
在小得多的实验室里，研究人员发现他们可以使用类似的过程，用两种不相溶的液体，如甘油或水和油，一根针和一个磁控制的旋转台。一滴甘油被注入到含有油的旋转台中。在一定的条件下，喷流在针状体处形成，由于施加的旋转，针状体闭合成一个环面。
“你可以控制环面的两个相关曲率，”费尔南德斯-尼夫斯解释说。“你可以控制它的大小，因为你可以相对于旋转轴移动针。你也可以注入更大的体积，使环面更厚。”
然而，如果关闭这个阶段，由于表面张力迫使甘油滴变成传统的球形液滴，它很快就会失去甜甜圈形状。为了保持环形形状，费尔南德斯-尼夫斯和他的合作者用一种有弹性的聚合物材料取代了周围的油;这种材料的弹性特性提供了一种可以克服表面张力的力。
他解释说:“当你在制造环面时，针上的力足够大，以至于周围的材料表现得像流体一样。”“一旦停止，外部液体的弹性会克服表面张力，从而使结构冻结在原地。”
研究人员一直在利用甜甜圈形状来研究液晶材料是如何在圆环圈内组织的。液晶材料以其在笔记本电脑显示屏上的应用而闻名。这些物质的有序程度超过了水等简单液体的有序程度。对于这些材料，环形形状从理论和实验角度提供了一组新的研究机会。
费尔南德斯-尼夫斯说:“这改变了你对容器内液体的看法。”“材料仍将采用容器的形状，但其能量将根据形状而不同。材料会感到扭曲，并试图将其最小化。在给定的形状下，这些材料中的分子会重新排列，以最小化这些扭曲。”
令人惊讶的是，由环形形状产生的向列相液滴变成了手性的，即它们采用某种扭转方向，打破了镜像对称性。
“在我们的案例中，我们使用的材料在正常情况下不是手性的，”他指出。“这对我们来说是一个惊喜，这与我们如何限制分子有关。”
除了观察液滴产生的动力学以及当环面转变为球体时有序材料的行为，费尔南德斯-尼夫斯和他的同事们还在探索潜在的生物应用，将电场应用到液滴上，并与其他机构的科学家分享这种独特的结构。
费尔南德斯-尼夫斯说:“这是第一次用手柄产生稳定的向列相液滴，我们利用这一点来观察这些空间中的向列相组织。”“我们的实验开辟了一种多功能的新方法，可以生成由有序材料制成的处理液滴，当限制在这些非球形空间时，这种材料可以自组装成有趣的和意想不到的结构。现在，理论家们意识到我们可以生成和研究这些系统，这一领域可能会有更多的发展。”
除了已经提到的作者，论文的作者还包括来自莱顿大学的V. Koning、bc . van Zuiden和V. Vitelli、来自英国约克大学的M.A. Bates和来自乔治亚理工学院的P.W. Ellis。
了下:快速原型
