Jsme zvyklí vnímat světlo jako katalyzátor zrychlení. Když osvětlíte předmět, částice se zahřejí a začnou se pohybovat rychleji. Takto zřejmě funguje náš svět. Nebo to alespoň říká zdravý rozum.
Vědci z univerzitní nemocnice Ruru v Bochumi (Německo) však zjistili, že světlo může fungovat jako brzda. 🛑
Jejich výsledky byly publikovány v časopise Nature. Experimentální uspořádání bylo celkem jednoduché: fluorescenční uhlíkové nanotrubice se síťovou strukturou zavěšené ve vodě. Směřovalo na ně jasné světlo. Trubky místo zrychlení zpomalily. Čím jasnější bylo světlo, tím pomaleji se pohybovali. To je v rozporu se všemi intuicemi o energii.
“Difuze se snižuje, když zvyšujeme intenzitu světla.”
Proč se to děje? Všechno je to o takzvaném kvantovém tření.
Nejsou to obyčejné trubky. Jedná se o nanotrubice. Jsou přibližně 100 000krát tenčí než lidský vlas. Není možné je vidět bez vážného zvětšení. Vědci izolovali jednotlivé nanotrubice v kapalině. Pod mikroskopem se žhnoucí trubice začaly pohybovat, jako by se voda kolem nich náhle proměnila v melasu. Stal se viskóznějším, pomalým a lepkavým.
Všechno je to o excitonech. Toto je název pro dvojice energetických částic vytvořených uvnitř pevného materiálu. Elektron přeskočí na nové místo a zanechá za sebou „díru“. Společně tančí. Obvykle se tato energie buď ukládá nebo přeměňuje na teplo. V tomto případě vytéká. Excitony uvnitř nanotrubice se vážou na molekuly vody vně. Vyměňují si hybnost. Voda nabízí odolnost.
Získáte odpor bez fyzického kontaktu. A to je ta nejpodivnější část.
Normální tření vyžaduje, aby se povrchy o sebe třely: tření, jiskry, škrábance. Kvantové tření nic z toho nevyžaduje. Vzniká v důsledku kolísání elektrických nábojů, které se navzájem „dostávají“ přes hranici mezi pevnou trubicí a kapalinou. Vzájemně se ovlivňují. A v procesu této interakce se navzájem doslova zpomalují.
Tým použil k pozorování tohoto procesu terahertzovou spektroskopii. Mohli vidět posun molekulární energie. Došlo k malému přenosu hybnosti. Marialore Sulpi, teoretický fyzik ve výzkumném týmu, poznamenal, že pro osvětlenou nanotrubici se voda nechová jako hladké médium. Stává se odolnou přímo na povrchu.
Efekt zmizí, pokud se excitony nemohou volně pohybovat.
Toto byla kontrolní skupina. Testovali nanotrubice s defekty, které zpomalovaly pohyb excitonů v materiálu. Když se tyto nabité částice zasekly, brzdný účinek zmizel. Žádné tření. Tím se potvrdila hlavní hypotéza: je to mobilita excitonu – jeho schopnost pohybovat se po trubici – která přímo vyměňuje energii s okolím.
“Překvapivě tento efekt úplně zmizí, když… elektronické buzení… jsou zpomaleny.”
Toto je hraniční zóna, kde fyzika pevných látek přechází do fyziky kapalin. Kvantový svět se vždy zdá být kluzký a nepochopitelný, ale v tomto případě se účinek stává hmatatelným. Toto je doslova brzdný systém.
Proč je to tedy nutné?
Řízení.
Pokud dokážete zpomalit nanorobota v kapalině jen tím, že na něj posvítíte, nepotřebujete maličké motory ani fyzické průvodce. Ovládáte to fotony. Totéž platí pro chemické reakce. Upravte světlo – upravte tření – změňte výsledek. Jedná se o přesné inženýrství na molekulární úrovni.
Martina Havenit, další přední výzkumná chemička, říká, že to otevírá dveře, o kterých jsme v materiálové vědě nevěděli.
Jsme zvyklí si myslet, že světlo vše urychluje. Máme to v krvi. Oheň hřeje. Slunce taje. Ale tato studie říká něco jiného. Alespoň v hloubi této králičí nory se při rozsvícení světel prostředí zahustí.
Kdo ví, kde je hranice.
