Свет способен замедлять движение углеродных нанотрубок в воде. Это явление, получившее название квантового трения, открывает новые горизонты в области нанотехнологий и материаловедения.
Исследовательская группа из Рурского университета в Бохуме сделала неожиданное открытие, подтвердив, что свет способен не только активировать частицы, но и замедлять их движение. В ходе эксперимента было установлено, что облучение светом заставляет флуоресцентные углеродные нанотрубки перемещаться в воде так, как если бы вязкость жидкости резко увеличилась. Этот эффект, названный квантовым трением, открывает новые возможности для управления процессами на наноуровне, сообщает Phys.org.
Изначально исследователи предполагали, что свет будет нагревать нанотрубки и ускорять их движение. Однако факты показали обратное. Ученые наблюдали за перемещением нанотрубок под микроскопом и заметили, что после активации света константа диффузии снижалась — то есть, чем ярче свет, тем медленнее двигались частицы.
«Поразительно, что этот эффект полностью исчезает при использовании нанотрубок с дефектами, которые замедляют электронные возбуждения», — комментирует профессор физической химии Себастьян Крусс. Это указывает на то, что ключевым фактором является взаимодействие подвижных электронных возбуждений (экситонов) с окружающей средой.
Для понимания механизма данного явления команда провела атомистическое моделирование. Расчеты показали, что флуктуирующие дипольные моменты экситонов в нанотрубках напрямую связаны с коллективными движениями молекул воды. Происходит небольшая, 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 исследователи экспериментально подтвердили прямую связь между нанотрубкой и водой. «Мы смогли установить, как в реальном времени происходит трение и рассеивание энергии в воде после возбуждения электронных состояний», — поясняют авторы исследования.
Результаты работы подтверждают, что границы между физикой твердого тела и физикой жидкостей размазываются на наноуровне. Управление трением с помощью света открывает перспективы для разработки новых материалов и технологий, где необходим точный контроль над транспортными процессами в микроскопических масштабах.
Фото: hi-tech.mail.ru