科学突破往往源于实验室中的奇思妙想。美国马萨诸塞大学阿默斯特分校研究生AnthonyRaykh在混合液体与磁性材料时，意外得到一种“形状可恢复液体”，相关研究发表于《自然·物理》期刊。
Raykh主攻聚合物材料与工程学，常于实验室混合各类材料。此次研究，他仅用水、硅油和铁磁体镍金属纳米颗粒，经混合、摇晃、静置等简单操作。通常，水油不互溶，但添加小颗粒作活性剂，经充分搅拌可形成皮克林乳化的乳液状混合物，该产物广泛应用于衣食住行。然而，Raykh的试管内混合物却变成沙漏状，类似古希腊瓮瓶身，且无论如何摇晃，静置后都会恢复原状。
这一奇特现象引起教授Thomas Russell和DavidHoagland注意。因课本知识无法解释，他们组队并联系其他高校同行搭建模型、展开模拟，最终揭秘“液体版”古希腊瓮形成原理，该现象也挑战了传统热力学定律认知。
研究发现，铁磁镍金属颗粒间强相互作用是反复捏出古希腊瓮型的关键。通常非磁性颗粒会弱化水油界面张力，而铁磁体镍纳米颗粒通过磁矩自行组织，磁化程度干扰了热力学定律描述的乳化过程。一方面，界面活性纳米颗粒抑制乳化；另一方面，磁相互作用增强界面张力，使水油界面弯曲成弧形并发挥稳定作用。
此外，铁磁性纳米颗粒、硅油和水相互作用创造动态环境。铁磁性纳米颗粒可操控液体，与硅油粘度结合赋予液体形成复杂形状能力，使混合物具有形状记忆能力，水则增强流动性。这种可逆形状转变在普通流体中并不常见。
科学家追问为何该现象不符合热力学定律。Russelle解释，通常不相溶液体混合物乳化前边界面积趋向最小化，典型水油乳液呈球状液滴。而Raykh的混合物表面积更大，看似与理论相悖。研究揭示，金属纳米颗粒磁相互作用在界面局部区域占主导，产生磁偶极子干扰乳化并导致更大表面积形状出现。不过，这只是例外，热力学定律仍适用于解释整个物理系统。
此次实验推动科学家重新思考热力学界限，加深对物理定律在极端或不寻常行为中的理解，也突显物理定律有例外状况。尽管该发现尚无具体应用，但为混合物液体精细调控提供新思路，Raykh将继续探索。
