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전기를 전도하는 솔루션인 '전해질'은 배터리와 축전기뿐만 아니라 혈장을 포함한 생체 유체에서도 어디에나 존재함. 따라서 실제적으로 매우 중요한 것은 전해질이 살아있는 세포 또는 그 안에 잠긴 다른 물체를 제어하는 ​​데 어떻게 활용될 수 있는지 이해하는 것임.

독일 막스플랑크 연구진은 전례 없는 제어력을 가진 힘이 전해질 용액에서 어떻게 큰 길이의 규모로 전달될 수 있는지 밝혀냄.

먼 거리에서도 비슷한 전하가 반발하고 반대 전하가 서로 끌어당김. 이 '원거리 활동'은 모든 이온이 매 순간 서로의 움직임에 영향을 미치기 때문에 용매(일반적으로 물)에서 이동하는 많은 수의 이온으로 구성된 전해질 연구를 어렵게 만들었음.

반대 이온이 서로 끌어당기면서 가까워짐에 따라 먼 이온에 대한 서로의 영향을 상쇄시키는 현상을 흔히 '스크리닝'이라고 함. 스크리닝 사진은 전해질을 모델링하기 위한 간단한 프레임 워크, 즉 '평균 장' 근사치를 제시함. 이는 큰 분리에 있는 이온이 서로에 대해 효과적인 힘을 발휘할 수 없다고 가정함.

그러나 최근의 몇 가지 실험 결과는 이러한 근사 솔루션에서 큰 편차를 보였으며 새로운 이론을 요구함. 새로운 연구에서 연구진은 전기장을 적용하여 이온이 움직일 때 전해질 내의 이온 구성에 대해 밝힘. 특히, 그들은 서로 멀리 떨어져 있는 이온들이 여전히 스크리닝 사진과 뚜렷한 대조를 이루고 있음을 보여줌.

Debye와 Hückel의 중요한 연구를 포함하여 20세기 초에 수행된 조사는 용액이 평형 상태가 될 때 중성 전해질 용액의 스크리닝 메커니즘을 밝혀냄. 이후에 소개된 보다 정교한 모델에도 불구하고 스크리닝 사진은 크게 변하지 않았으며, 따라서 전해질에 대해 수행되는 많은 이론적 작업에 영향을 미쳤음. 스크리닝은 또한 잘 알려진 'Poisson-Nernst-Planck' 방정식과 같은 전해질 역학의 평균 장 이론에서도 자연스럽게 나타남.

이 새로운 연구에서 과학자들은 적용된 전기장이 있을 때 이온 변동의 영향을 고려하여 기존의 근사 프레임 워크를 넘어섰음.

이 연구의 결과는 처음으로 스케일 불변이고 스크리닝 길이가 없는 새로운 동적 생성 상관 관계를 나타내며, 이것은 사실 전계에 의해 도입된 이방성으로 인한 일반적인 현상으로, 필드는 각 이온 주변의 반대 전하 구름을 변형시키고 차단되지 않을 수 있는 상관 관계를 유발한다고 연구진은 설명함.

따라서 이 메커니즘은 비대칭 전하를 가진 전해질 및 이온성 액체를 포함하여 동일한 수의 이동 전하를 가진 광범위한 시스템에서 유지될 것으로 예상되며, 따라서 구동된 대전된 유체를 보고 모델링하는 방법을 크게 변경할 수 있음.

장거리 동적 상관 관계의 중요한 결과는 전해질에 서로 멀리 떨어진 곳에 삽입된 외부 물체가 주변 환경뿐만 아니라 전체 용액의 변동에 영향을 미치기 때문에 서로 힘을 발휘한다는 것임. 이 효과는 매체의 변동이 중요하지 않은 힘을 발생시킬 수 있는 새로운 예임. 일반적으로 중요한 시스템에서 볼 수 있고 콜로이드 조작에 매우 유용함. 그러나 이 새로운 힘은 조정 가능한데, 즉, 그 크기와 방향성은 적용된 전기장을 조정하여 변경할 수 있음.

본 연구 성과는 Physical Review Letters ("Optical spin-state polarization in a binuclear europium complex towards molecule-based coherent light-spin interfaces")에 게재됨.