Istraživači su otkrili da intenzivno osvetljenje grafenskih nanotubusa u vodi izaziva kvantno trenje koje usporava njihovo kretanje, bez fizičkog kontakta površina. Svetlost stvara egzitone — parove elektron–rupa — koji generišu fluktuirajuća električna polja i prenose moment na molekule vode. Mehanizam je potvrđen terahercnom (THz) spektroskopijom, a otkriće otvara mogućnosti za kontrolu hemijskih reakcija i upravljanje mikroplivačima ili nanorobotima putem svetla.
Svetlost Stvara "Kvantno Trenje": Kako Svetlo Usporava Grafenske Nanotubuse Bez Dodira
Scientists Discovered Contactless Frictiongg030055 - Getty Images
Obično trenje nastaje kada se dve površine mehanički dodiruju i trljaju. Međutim, novo istraživanje pokazuje da se otpor može pojaviti i bez fizičkog kontakta — zahvaljujući kvantnim procesima na površini grafena.
Naučnici su potopili grafenske nanotubuse u vodu i izložili ih rastućem intenzitetu svetlosti. Protiv očekivanja da toplija, intenzivnija svetlost ubrzava difuziju čestica, istraživači su zabeležili suprotno: nanotubusi su se usporavali kako se osvetljenje pojačavalo. Difuzija se smanjivala jer je delovao dodatni izvor otpora, ali bez klasičnog kontakta površina.
Mehanizam: egzitonima pokrenuto trenje
Ključni uzrok otkriven je u elektronskoj strukturi grafena. Svetlost podstiče elektrone da pređu u viši energetski nivo i ostave za sobom pozitivnu "rupu"; elektron i rupa zajedno čine egziton (par elektron–rupa) koji nema neto električni naboj, ali može prenositi energiju i emitovati svetlost. Formiranje egzitona izaziva fluktuacije električnog polja na površini grafena, koje potom prenose moment na molekule vode na granici voda–grafen i stvaraju vučnu silu.
Drugim rečima, pod intenzivnim osvetljenjem grafen postaje izvor promenljivih električnih naboja koji „vuču" okolnu vodu i usporavaju kretanje nanotubusa — to je kvantno, odnosno elektronsko, trenje koje ne zahteva mehanički kontakt.
Potvrda i implikacije
Tim Sebastiana Krussa iz Ruhr-University Bochum potvrdio je ovaj mehanizam korišćenjem terahercne (THz) spektroskopije: kada su uklonili egzitone, efekt trenja je nestao. Autori sugerišu da se kvantno trenje može kontrolisati svetlom, što otvara mogućnosti za:
- precizno upravljanje brzinom hemijskih reakcija na površinama,
- vođenje mikroplivača i nanorobota u vodenim sredinama bez mehaničkih pogona,
- dodatna istraživanja drugih materijala sa visokom mobilnošću egzitona i fluktuacijama naelektrisanja.
„Usporavanje kretanja izazvano svetlom može se fizički ili hemijski manipulirati kako bi se uticalo na kretanje nanomaterijala u vodenom rastvoru“, rekao je Kruss u studiji objavljenoj u časopisu Nature.
Otkriće redefiniše kako razumemo trenje na nanoskalama i sugeriše da svetlo može postati alat za bezzonsko upravljanje kretanjem u mikrosvetu. Dalja istraživanja bi trebalo da razjasne opseg efekta u drugim materijalima i potencijalnu primenu u biomedicini, nanorobotičkim sistemima i katalizi.
Pomozite nam da budemo bolji.
