Учёные из Рурского университета в Бохуме выяснили, что свет способен замедлять движение флуоресцентных углеродных нанотрубок в воде. При увеличении яркости освещения их диффузия снижалась. Иными словами, частицы перемещались в жидкости заметно медленнее.
Исследователи связывают наблюдаемый эффект с квантовым трением. При освещении внутри нанотрубок возникают экситоны — связанные состояния электрона и «дырки», которые взаимодействуют с молекулами воды и передают им импульс. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Нанотрубки, использованные в опытах, примерно в 100 000 раз тоньше человеческого волоса. Каждую из них отдельно помещали в воду и изучали её движение при разной интенсивности света. Наблюдения показали, что при освещении среда для таких частиц словно становилась более вязкой.
Авторы работы установили, что эффект исчезает у нанотрубок с дефектами, в которых экситоны движутся медленнее. Это указывает на прямую связь между подвижностью электронных возбуждений и сопротивлением со стороны окружающей жидкости. Для фиксации процессов на молекулярном уровне применялась терагерцовая спектроскопия.
Квантовое трение отличается от обычного, возникающего при соприкосновении поверхностей. В данном случае сопротивление создают взаимодействующие электрические заряды, а физический контакт не требуется. Движущиеся заряды в нанотрубке взаимодействуют с водой, из-за чего свет фактически действует как тормоз.
По мнению исследовательской группы, открытие может помочь управлять трением с помощью света. Такой подход в перспективе может использоваться для регулирования движения нанороботов в жидкости и более точного изменения условий химических реакций. Работа также расширяет представления о взаимодействии твёрдых материалов и жидкостей на наноуровне.
