Свет замедляет движение наночастиц в жидкости

Исследовательская группа Рурского университета в Бохуме выявила ранее неизвестное явление — квантовое трение, возникающее при воздействии света на наночастицы в водной среде. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Ученые проводили эксперименты с углеродными нанотрубками, помещенными в водный раствор. При облучении видимым светом нанотрубки, толщина которых в 100 тысяч раз меньше человеческого волоса, начинали флуоресцировать и одновременно замедляли свое движение в жидкости. Скорость диффузии наночастиц снижалась пропорционально увеличению интенсивности светового излучения.

Эффект замедления возникает из-за взаимодействия между электронными возбуждениями внутри нанотрубки и молекулами окружающей воды. Когда свет возбуждает электроны в материале нанотрубки, возникают квазичастицы, называемые экситонами. Эти экситоны движутся вдоль структуры нанотрубки и создают флуктуирующие дипольные моменты, которые взаимодействуют с молекулами воды. В результате на поверхности нанотрубки возникает дополнительное сопротивление, подобное увеличению вязкости жидкости.

Для подтверждения механизма этого явления исследователи использовали атомистическое моделирование, которое показало прямую передачу импульса между возбужденной нанотрубкой и водой. Кроме того, команда применила терагерцовую спектроскопию, которая позволила в режиме реального времени зафиксировать процесс рассеивания энергии в жидкости после электронного возбуждения.

Это открытие подтверждает, что на наноуровне вода выступает активным участником взаимодействия, а не пассивной средой. Ученые отмечают, что возможность контролировать трение между твердым телом и жидкостью с помощью света открывает новые перспективы для применения в нанотехнологиях и материаловедении, особенно в областях, требующих точного управления транспортными процессами на молекулярном уровне.

Источник: Phys.org