Işığın temel prensipleri bilim insanlarını büyülemeye devam ediyor ve şimdiye kadar bilinmeyen sırları ortaya çıkarıyor. Bunlardan biri de ışığın bazen beklenenin tam tersi etki yapabilmesi.
Yaygın kanı, ışığın parçacıklara enerji katarak onları ısıttığı veya harekete geçirdiği yönündedir.
Ancak bilim insanları, ışığın bunun tam tersini yaptığını, neredeyse hayal edilemeyecek kadar küçük ölçeklerde görünmez bir fren görevi gördüğünü gözlemledi.
Almanya'daki Ruhr-University Bochum'dan bir ekibin öncülük ettiği ve Nature dergisinde yayımlanan yeni bir araştırmaya göre, floresan özellikli karbon-mesh nanotüplerin sulu bir çözelti içinde ışığa maruz kaldığında çok daha yavaş hareket ettiği tespit edildi.
Işık ne kadar parlak olursa, hareket o kadar yavaşlıyor; yani daha kesin bir ifadeyle, bir sıvı içinde serbestçe hareket eden bir parçacığın ne kadar özgür hareket edebildiğini ölçen difüzyon sabiti düşüyor.
Araştırmacılar, bunun en azından kısmen 'kuantum sürtünmesi'nden kaynaklandığını belirledi.
Kuantum sürtünmesi, yeni keşfedilen bir olgu ve bilim insanları henüz tam olarak ne gibi etkileri olabileceğini anlamaya başlıyor.
Ruhr-University Bochum'dan fizikokimyacı Sebastian Kruss, "Işığın neden olduğu kuantum sürtünmesinin bu keşfi, arayüzey süreçleri hakkındaki anlayışımızı temelden değiştiriyor" dedi.
Kruss, "Deneylerimiz, ışık yoğunluğunu artırdığımızda difüzyonun azaldığını gösteriyor." diye ekledi.
Bu nanotüpler gerçekten de nano boyutta; insan saçından 100.000 kat daha ince ve araştırmacılar bunları suda tek tek askıya aldı. Mikroskobik analizler, ışık eklendiğinde nanotüplerin sanki daha yoğun bir sıvı içinde hareket ediyormuş gibi davrandığını gösterdi.
Amaç, katı bir malzemedeki dalgalanan elektrik yüklerinin çevreleyen sıvının molekülleriyle eşleşmesinden kaynaklanan sürüklenme olan kuantum sürtünmesini daha yakından incelemekti.
Araştırmacılar, nanotüpler ışık altında parlayıp yavaşladıkça, nanotüp içinde uyartılmış akım adı verilen parçacıkların (bir elektron ve bir elektronun bulunduğu 'boşluktan' oluşan) oluştuğunu gözlemledi. Bu uyartılmış akımlar, çevreleyen su molekülleriyle etkileşime girerek momentum aktarıyor.
Kruss, "Büyüleyici olan, floresansa yol açan elektronik uyarılmaların, yani uyartılmış akımların durduğu nanotüplerde bu etkinin tamamen kaybolmasıdır. Bu, nanotüp boyunca uyartılmış akımların hareketliliğinin çevreyle doğrudan etkileşimde olduğu ve bu yavaşlatıcı etkiyi yarattığı anlamına gelir." şeklinde konuştu.
Moleküler düzeydeki aktiviteyi tespit etmek için teraherz (THz) spektroskopisi adı verilen bir teknik kullanıldı. THz, moleküler enerji ve hareketi ölçmek için elektromanyetik dalgaları kullanır; bu durumda su moleküllerine enerji transferi ölçüldü.
Ruhr-University Bochum'dan teorik fizikçi Marialore Sulpizi, "Küçük ama ölçülebilir bir momentum transferi gerçekleşiyor. Su, aydınlatılmış nanotüp için pürüzsüz bir ortam değil, yüzeyde hareketi yavaşlatan bir direnç var." dedi.
Şu ana kadar bildiklerimize göre kuantum sürtünmesi, iki yüzeyin birbirine sürtünmesi olan standart sürtünmeden farklıdır; çünkü elektron düzeyinde çalışır. Gerçek fiziksel temas gerekmez: sürtünmeye neden olan dalgalanan, etkileşen elektrik yükleridir.
Ve buradaki kanıt da budur. Nanotüp içindeki hareket eden yükler su molekülleriyle etkileştikçe her şey yavaşlar. Özünde ışık, malzeme üzerinde bir fren görevi görüyor.
Deneyler ayrıca nanodüzeyde katı fizik ve sıvı fizik arasındaki sınırların bulanıklaştığını da ortaya koyuyor. En küçük ölçeklerde kuantum tuhaflığının başladığı iyi biliniyor ve bu da en son gösterimidir.
Araştırmacılar ışıkla sürtünmeyi kontrol edebilirse, bu bulgulardan gerçek, pratik kullanımlar elde edilebilir. Çalışma ekibi tarafından verilen örnekler arasında nanorobotların bir sıvı içindeki hareketini yönlendirmek ve kimyasal reaksiyonların koşullarını hassas bir şekilde değiştirmek yer alıyor.
Ruhr-University Bochum'dan fizikokimyacı Martina Havenith, "Katıdaki elektronik uyarılma yoluyla sıvı ile arayüzeydeki sürtünmeyi kontrol edebileceğimiz bilgisi, malzeme bilimi ve nanoteknolojide yepyeni kapılar açıyor." dedi.
Araştırma Nature dergisinde yayımlanmıştır.
