Индуцированное светом квантовое трение углеродных нанотрубок в воде
Группа исследователей из Бохума, Германия, неожиданно обнаружила, что свет может замедлять движения в наномире. Это связано с квантовым трением — явлением, которое до сих пор было плохо изучено. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Ожидалось, что свет будет нагревать частицы или приводить их в движение. Однако, в водном растворе флуоресцентные углеродные нанотрубки движутся гораздо медленнее после облучения светом. В ходе этого процесса константа диффузии уменьшается с увеличением интенсивности света, что связано с прямой связью между электронами в твердом теле и молекулами жидкости.
Рис. Изменения диффузии углеродных нанотрубок в воде, вызванные светом. Источник: Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10632-2
В ходе экспериментов выяснилось, что эффект полностью исчезает, когда используют нанотрубки, в которых электронные возбуждения, приводящие к флуоресценции — экситоны — замедляются в местах дефектов. Это означает, что именно подвижность экситонов вдоль нанотрубки находится в прямом обмене с окружающей средой и создает замедляющий эффект.
Чтобы на границе раздела фаз сделать процессы видимыми, использовалось атомистическое численное моделирование. Которое показало, что флуктуирующие дипольные моменты экситонов в нанотрубках напрямую связаны с коллективными движениями молекул воды. Происходит крошечная, но измеримая передача импульса. Вода не является гладкой средой для освещенной нанотрубки, а вместо этого на ее поверхности возникает сопротивление, замедляющее движение.
Но вода — это гораздо больше, чем просто пассивный растворитель. Используя терагерцовую (ТГц) спектроскопию, учёные смогли экспериментально продемонстрировать непосредственную связь между нанотрубкой и водой. Удалось определить, как в реальном времени происходит трение и рассеивание энергии в воде после возбуждения электронных состояний нанотрубки.
Открытие квантового трения, вызванного светом, показывает, что границы между физикой твердого тела и физикой жидкостей размываются на наномасштабе. Управление этим трением с помощью света открывает потенциал для применений, в которых необходимо точно управлять транспортными процессами на очень малых масштабах.
