昆克旋转定义为浸入介电溶剂中的介电粒子在稳定均匀的电场下自发稳定旋转。基于昆克旋转的电流体动力学驱动的活性粒子是非平衡胶体系统中涌现集体行为的重要模型系统。昆克辊本质上是非磁性的，因此不能使用磁场来调节其复杂的动力学。

在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，Ricardo Reyes Garza 和芬兰阿尔托大学理学院应用物理学研究小组通过掺杂超顺磁性氧化铁纳米颗粒的二氧化硅颗粒开发了磁性 Quincke 滚筒。这种磁性特性允许应用可以在高时空精度下调节的外力和扭矩。应用包括与潜在景观的可调节粒子间相互作用，以及先进的可编程和远程操作行为。

活性物质系统

活性物质系统基于许多个体主体，它们从环境中吸收能量并将其转化为机械力和运动。最近，研究人员越来越关注人工主动系统，例如Janus 粒子、振动极盘和Quincke 滚筒。昆克辊因其丰富的集体动力学以及通过固体不可变形昆克辊和可变形液滴观察到的一系列涌现状态而具有重要意义。涌现态包括极性液体、涡流和液体滚筒的活性乳液。

这些状态的动力学很快，并且依赖于相同的电场来影响昆克旋转。磁力和扭矩可用于成功调节从单个大分子到固体颗粒和大量液体的软材料的动力学。它们可用于以振荡磁场的形式为系统提供能量，以引导或激活被动粒子。

这项工作详细介绍了利用磁力和扭矩开发可广泛调节的 Quincke 滚子。该系统包含掺杂有超顺磁性氧化铁纳米颗粒的球形二氧化硅颗粒，浸没在微导电液体介质中，该液体介质含有正十二烷和双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠。

科学家们在低湿度室中培育分散体，以减少颗粒带电，并用两个透明平行板电极将其限制在准二维几何结构中。这些粒子通过产生电偶极子和磁偶极子来响应外部电场和磁场。电偶极子变得不稳定，如常规非磁性昆克滚筒所示，当施加的电场强度超过阈值场时，粒子开始昆克旋转。

磁力

当 Garza 和同事将滚轮置于Hele-Shaw 池内的均匀面内磁场中时，滚轮保持磁矩，并经历源自与相邻滚轮的偶极相互作用的扭矩，以及颗粒本身内的弱磁各向异性。净扭矩驱动粒子沿着外部磁场排列它们的轴，同时固定昆克旋转的轴。

这一结果使得通过磁力固定在一起的滚子能够对齐形成链条。当加尔萨和同事移除磁场时，偶极力消失，链条返回到单独的滚子上。强调磁力及其可逆性的重要性。科学家们使用高速成像来确认粒子的旋转轴。

研究人员观察了旋转频率的变化，并通过直接跟踪旋转粒子上的缺陷的运动来收集这些数据。他们注意到粒子如何在电极之间盘旋以稳定链，随后罕见地出现异常二聚体，这表明它们不是磁性单分散的，具有复杂的各向异性的潜力来支持异常二聚体状态。

科学家们调整了磁力和电流体动力之间的平衡，以调整参与滚子​​的比例以形成活性链。活跃的链进一步显示出链级相互作用，其中链之间的碰撞导致它们完全合并。研究人员广泛调整了实验的磁势能景观，从而形成了稳态粒子梯度。

复杂的势能景观

研究人员还使用板状和环形磁场源开发了复杂的势能景观，例如线性沟槽或圆形跑道。当研究小组使用轴对称磁铁诱导二次约束景观时，他们观察到高度密集的滚子群自组装成涡旋状态。

磁各向异性进一步提供了滚轮的动态调节，以完成包括方形图案在内的复杂轨迹，并通过结合理想的外部引导和 Quincke 滚动的内在随机性，辅助隐形传态的结合来创建形成特定单词(例如“SCI”)的轨迹。

外表

通过这种方式，Ricardo Reyes Garza 及其同事实现了具有丰富动态行为的磁性 Quincke 滚子，他们通过磁扭矩和力对其进行调整，以生成活跃的二聚体滚子分布。科学家们将集体状态限制在势能景观、滚动模式，甚至遥控单粒子动力学中进行调节。研究人员没有使用磁力和扭矩来驱动系统，而是使用该装置与已经活跃的粒子进行简单的相互作用。

因此，磁力和扭矩形成了强大的调节机制，适合询问和调节不同应用领域的主动系统的复杂动力学，例如磁可调电流体动力学、胶体自组装和微型机器人。