Ученые открыли квантовое трение в наномире
Свет может замедлять движение углеродных нанотрубок в воде. Это явление, названное квантовым трением, открывает новые возможности в нанотехнологиях и материаловедении.
Юлия УгловаАвтор Hi-Tech Mail
Группа ученых из Рурского университета в Бохуме совершила неожиданное открытие, доказав, что свет может не только приводить частицы в движение, но и замедлять их. В ходе эксперимента выяснилось, что облучение светом заставляет флуоресцентные углеродные нанотрубки двигаться в воде так, будто вязкость жидкости внезапно возросла. Этот эффект, названный квантовым трением, открывает новые возможности для управления процессами на наноуровне, пишет Phys.org.
Изначально ученые ожидали, что свет будет нагревать нанотрубки и ускорять их движение. Однако реальность оказалась противоположной. Исследователи наблюдали за движением нанотрубок под микроскопом и обнаружили, что после включения света константа диффузии уменьшалась — то есть, чем ярче был свет, тем медленнее двигались частицы.
«Удивительно, что этот эффект полностью исчезает, когда мы используем нанотрубки с дефектами, которые замедляют электронные возбуждения», — комментирует профессор физической химии Себастьян Крусс. Это указало на то, что ключевым фактором является взаимодействие подвижных электронных возбуждений (экситонов) с окружающей средой.
Чтобы понять механизм этого явления, команда провела атомистическое моделирование. Расчеты показали, что флуктуирующие дипольные моменты экситонов в нанотрубках напрямую связаны с коллективными движениями молекул воды. Происходит крошечная, но измеримая передача импульса от наночастицы к жидкости. Вода перестает быть для освещенной нанотрубки гладкой средой и начинает оказывать сопротивление, создавая эффект трения.
Ключевую роль в доказательстве сыграла терагерцовая спектроскопия. С ее помощью ученые экспериментально продемонстрировали прямую связь между нанотрубкой и водой. «Мы смогли определить, как в реальном времени происходит трение и рассеивание энергии в воде после возбуждения электронных состояний», — поясняют авторы работы.
Результат исследования доказывает, что границы между физикой твердого тела и физикой жидкостей размываются на наномасштабе. Управление трением с помощью света открывает потенциал для создания новых материалов и технологий, где требуется точный контроль над транспортными процессами в микроскопических масштабах.
Ранее физики наблюдали квантовый эффект, который сделает батарейки ненужными. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
ФизикаПоделиться
