Descoperire surprinzătoare: lumina poate deveni o „frână” pentru obiectele extrem de mici

În cadrul studiului prezentat de Science Alert, cercetătorii de la Universitatea Ruhr din Bochum au observat că nanotuburile fluorescente din carbon suspendate în apă se deplasează mult mai încet atunci când sunt expuse la lumină. Cu cât lumina este mai intensă, cu atât viteza lor de deplasare scade mai mult.

În experiment au fost folosite nanotuburi din carbon, structuri cilindrice extrem de mici, de aproximativ 100.000 de ori mai subțiri decât un fir de păr uman, suspendate individual în apă.

Ce este „frâna cuantică”

Cercetătorii spun că această „frână cuantică” este cauzată, cel puțin parțial, de un fenomen numit frecare cuantică. Spre deosebire de frecarea obișnuită, produsă prin contactul dintre două suprafețe, frecarea cuantică apare la nivelul electronilor și nu necesită atingerea directă a obiectelor.

Atunci când lumina lovește nanotuburile, în interiorul lor se formează particule de energie numite excitoni, alcătuite dintr-un electron și spațiul liber lăsat de un alt electron. Acestea interacționează cu moleculele de apă din jur și le transferă o parte din impulsul lor, ceea ce încetinește deplasarea nanotuburilor.

„Această descoperire schimbă fundamental modul în care înțelegem procesele care au loc la interfața dintre materiale și lichide. Experimentele noastre arată că difuzia scade pe măsură ce crește intensitatea luminii”, a declarat Sebastian Kruss, profesor de chimie fizică la Universitatea Ruhr din Bochum.

Cu alte cuvinte, cu cât lumina este mai puternică, cu atât aceste structuri microscopice se deplasează mai greu prin apă, ca și cum ar fi frânate de un mecanism invizibil.

Apa pare să devină mai „groasă”

Analizele microscopice au arătat că, sub acțiunea luminii, nanotuburile se comportă ca și cum s-ar deplasa printr-un lichid mai vâscos.

„Apa nu mai reprezintă un mediu perfect fluid pentru nanotubul iluminat. La suprafața acestuia apare o rezistență care îi încetinește mișcarea”, au explicat fizicienii.

Cercetătorii au observat că efectul dispare atunci când excitonii nu se mai pot deplasa liber în interiorul nanotuburilor, ceea ce confirmă că tocmai mișcarea acestor particule este responsabilă pentru apariția „frânei cuantice”.

La ce ar putea folosi descoperirea

Specialiștii consideră că posibilitatea de a controla frecarea cu ajutorul luminii ar putea avea aplicații importante în nanotehnologie.

Printre posibilele utilizări se numără ghidarea nanoroboților prin lichide, controlul mai precis al reacțiilor chimice și dezvoltarea unor materiale cu proprietăți care pot fi reglate prin lumină.

Potrivit acestora, „posibilitatea de a controla frecarea dintre un solid și un lichid prin excitarea electronică deschide direcții complet noi în știința materialelor și nanotehnologie”.