Физики обнаружили новый механизм возникновения трения, который работает даже без непосредственного контакта поверхностей. Исследование показало, что графеновые нанотрубки, погруженные в воду, начинают двигаться медленнее под воздействием света, хотя, согласно классическим законам физики, повышение температуры должно было, наоборот, ускорить их движение.
Работу выполнила команда под руководством физико-химика Себастьяна Крусса из Рурского университета в Бохуме. В ходе экспериментов ученые постепенно увеличивали интенсивность освещения графеновых нанотрубок и отслеживали их поведение в воде. Вместо ожидаемого ускорения исследователи зафиксировали снижение скорости диффузии, что указывало на появление дополнительного сопротивления.
Причиной необычного эффекта оказались не неровности поверхности, а квантовые процессы внутри самого графена. Под действием света электроны переходили в возбужденное состояние, образуя так называемые экситоны — связанные пары электрона и положительно заряженной «дырки». Несмотря на отсутствие суммарного электрического заряда, такие квазичастицы создавали колебания электрического поля, которые взаимодействовали с молекулами воды и формировали своеобразное «бесконтактное» трение.
Исследователи подтвердили этот механизм с помощью терагерцовой спектроскопии. Когда образование экситонов удавалось подавить, дополнительное сопротивление полностью исчезало, что подтвердило связь между квантовыми эффектами и наблюдаемым замедлением движения.
Авторы работы считают, что открытие может иметь далеко идущие последствия. Возможность управлять трением при помощи света открывает перспективы для создания более эффективных наноустройств, управления химическими реакциями и разработки микроскопических роботов, способных перемещаться в жидкой среде без традиционных механических систем. Кроме того, результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на природу трения в наномасштабе и могут стать основой для создания материалов с управляемыми физическими свойствами.
