Uczeni stojący za tymi rewelacjami mówią o kwantowym tarciu, które powoduje, że niewielkie nanorurki węglowe poruszają się wolniej w obecności oświetlenia. O kulisach tego odkrycia jego autorzy piszą na łamach Nature. Jak twierdzą, poczynione postępy powinny przyczynić się do rozwoju nanotechnologii, chemii, biologii, a nawet przyszłych urządzeń kwantowych.
Czytaj też: Chemicy podważyli jedno z podstawowych założeń. Aż trudno uwierzyć, jak długo świat nauki żył w błędzie
Przedmiotem badań były fluorescencyjne nanorurki węglowe zawieszone pojedynczo w roztworze wodnym. Są to struktury niezwykle małe, o średnicy około 100 tysięcy razy mniejszej od grubości ludzkiego włosa. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technik mikroskopowych naukowcy mogli bardzo dokładnie śledzić ich ruch i sprawdzać, jak reagują na światło o różnym natężeniu.
Wyniki eksperymentów okazały się zaskakujące: im silniejsze było oświetlenie, tym wolniej poruszały się nanorurki. Oznacza to, iż współczynnik dyfuzji, określający swobodę przemieszczania się cząstek w cieczy, systematycznie malał wraz ze wzrostem intensywności światła. Z punktu widzenia klasycznej fizyki należałoby oczekiwać efektu odwrotnego – dodatkowa energia powinna zwiększać ruch cząstek, a nie go ograniczać.
Naukowcy wyjaśniają, że odpowiedzialne za ten efekt jest właśnie kwantowe tarcie. To stosunkowo nowo poznane zjawisko wynika z oddziaływań zachodzących pomiędzy wzbudzonymi elektronami w nanorurkach a otaczającymi je cząsteczkami wody. Gdy światło pobudza elektrony, zmienia się sposób, w jaki powierzchnia nanorurki oddziałuje z otoczeniem. W rezultacie cząstka napotyka większy opór podczas ruchu, jak gdyby znalazła się w znacznie bardziej lepkim płynie.
Autorzy badań podkreślają, że nie oznacza to rzeczywistego wzrostu lepkości cieczy. Zmienia się jedynie efektywne oddziaływanie między nanorurką a środowiskiem, przez co jej ruch ulega wyraźnemu spowolnieniu. W praktyce światło działa więc niczym niewidzialny hamulec, którego siłę można precyzyjnie regulować poprzez zmianę intensywności oświetlenia.
Czytaj też: Morze Fermiego, a na nim fizycy płynący w nieznane. Odkryli zadziwiające zjawisko wprost z kwantowego świata
Co to oznacza w praktyce? Chociażby nowe możliwości sterowania ruchem obiektów w nanoskali. Zamiast wykorzystywać pola elektryczne, magnesy czy mechaniczne elementy, wystarczyłoby odpowiednio dobrać parametry światła, aby kontrolować zachowanie pojedynczych nanocząstek. Takie rozwiązanie mogłoby znaleźć zastosowanie między innymi w projektowaniu inteligentnych materiałów, systemów transportu cząsteczek, nanomaszyn czy niezwykle czułych czujników.
Nowe zjawisko może okazać się szczególnie istotne dla rozwoju technologii kwantowych i nanomedycyny. Precyzyjna kontrola ruchu pojedynczych struktur na poziomie atomowym i molekularnym jest jednym z największych wyzwań współczesnej fizyki. Możliwość wykorzystania światła jako narzędzia nie tylko do pobudzania, ale także do spowalniania ruchu otwiera nowe kierunki badań nad procesami zachodzącymi na granicy fizyki kwantowej, chemii i biologii. W ogólnym rozrachunku odkrycie zmienia zaś sposób postrzegania oddziaływania światła z materią. Dotychczas światło było przede wszystkim utożsamiane z dostarczaniem energii i zwiększaniem aktywności cząstek. Najnowsze wyniki pokazują, że w odpowiednich warunkach może ono pełnić zupełnie odwrotną funkcję.
Źródło: Nature
