Naučnici su otkrili da svetlost, suprotno uobičajenom shvatanju, može delovati kao nevidljiva kočnica i usporavati kretanje. Iako se obično smatra da ona dodaje energiju, zagreva čestice ili ih pokreće, nova studija pokazuje da može imati i suprotan učinak. Tim predvođen naučnicima sa Univerziteta Rur u Bohumu (Nemačka) utvrdio je da se fluorescentne ugljenikove nanocevčice u vodenom rastvoru kreću znatno sporije kada su obasjane svetlošću, piše Science Alert. U eksperimentu objavljenom u časopisu Nature istraživači su pokazali da što je svetlost jača, to je kretanje nanocevčica sporije. Preciznije, smanjuje se konstanta difuzije koja je mera slobode kretanja čestice kroz tečnost. Istraživači su utvrdili da je to barem delimično posledica fenomena nazvanog kvantno trenje, čije mogućnosti tek počinju da se otkrivaju.
„Otkriće kvantnog trenja izazvanog svetlošću iz temelja menja razumevanje procesa na međupovršinama”, izjavio je fizički hemičar Sebastijan Krus sa Univerziteta Rur. „Naši eksperimenti pokazuju da se difuzija smanjuje sa pojačavanjem intenziteta svetlosti.” Nanocevčice korišćene u studiji izuzetno su tanke, čak 100.000 puta tanje od ljudske vlasi, a istraživači su ih pojedinačno ubacivali u vodu. Mikroskopskom analizom uočeno je da se pod uticajem svetlosti ponašaju kao da se kreću kroz gušću tečnost. Cilj je bio pobliže proučiti kvantno trenje, otpor koji nastaje kada se fluktuirajući električni naboji u čvrstom materijalu povežu s molekulima okolne tečnosti. Uočeno je da se u nanocevčicama pod svetlom stvaraju ekscitoni – uparene energetske čestice sastavljene od elektrona i šupljine gde se elektron prethodno nalazio. Ti ekscitoni stupaju u interakciju sa okolnim molekulima vode i prenose im impuls, što uzrokuje usporavanje.
„Fascinantno je da taj učinak potpuno nestaje kada koristimo nanocevčice kod kojih su elektroska pobuđivanja koja dovode do fluorescencije (poznata kao ekscitoni) zarobljene na defektima”, objasnio je Krus. „To znači da je upravo pokretljivost ekscitona duž nanocevčice u neposrednoj interakciji sa okolinom i stvara usporavajući učinak.” Da bi otkrili aktivnost na molekularnom nivou, naučnici su koristili tehniku terahercne (THz) spektroskopije. Pomoću elektromagnetskih talasa merili su molekularnu energiju i kretanje, konkretno prenos energije na vodu. „Događa se malen, ali merljiv prenos kretanja”, istakla je teorijska fizičarka Marijalore Sulpizi sa Univerziteta Rur. „Za osvetljenu nanocevčicu voda nije glatka sredina, već na njenoj površini postoji otpor koji usporava kretanje.”
Za razliku od standardnog trenja koje nastaje sudaranjem i trenjem dve površine, kvantno trenje deluje na nivou elektrona i ne zahteva fizički kontakt. Fluktuirajući električni naboji u nanocevčici stupaju u interakciju s molekulima vode i tako usporavaju. Svetlost, dakle, deluje kao kočnica materijala. Navedeno otkriće zamagljuje granice između fizike čvrstog stanja i fizike tečnosti na nanoskali i otvara put novim praktičnim primenama, pod uslovom da naučnici uspeju da kontrolišu trenje pomoću svetlosti. Kao primere navode upravljanje kretanjem nanorobota kroz tečnost i precizno menjanje uslova hemijskih reakcija. „Spoznaja da trenje u dodiru s tečnošću možemo kontrolisati pomoću elektronskog pobuđivanja u čvrstoj tvari otvara potpuno nova vrata u nauci o materijalima i nanotehnologiji”, zaključila je fizička hemičarka Martina Havenit sa Univerziteta Rur.
(Ilustracija Shutterstock)
(Indeks)
