A nanorészecskéket a hőmérséklet-különbségek töltik fel - LABO ONLINE
Meleg és hideg öltözködni
A nanorészecskéket "hőmérséklet-különbségek" töltik fel
Az elektromosan töltött részecskék erős vonzó vagy visszataszító erőket gyakorolnak egymásra. Számítógépes szimulációk segítségével a cambridge-i és a bécsi egyetem tudósai, élén Christoph Dellago-val, most be tudták bizonyítani, hogy nagyon hasonló erők hatnak még az elektromosan semleges nanorészecskék között is, ha hidegebbek vagy melegebbek, mint a folyadék, amelyben oldódnak.
A testek kétféle - pozitív vagy negatív - elektromos töltést képesek hordozni, amelyek erőket hoznak létre a testek között. Az azonos típusú díjak taszítják egymást, míg a különböző előjelű díjak vonzzák egymást. Ezek az úgynevezett elektrosztatikus erők erősek, ha a töltések közel vannak, majd a távolság növekedésével gyorsan csökkennek. Az elektromosan semleges testek viszont nem gyakorolnak egymásra elektrosztatikus erőket.
A cambridge-i és a bécsi egyetem tudósai most számítógépes szimulációk segítségével megmutatták, hogy a megfelelő folyadékban oldott nanorészecskék úgy viselkedhetnek, mintha töltetet hordoznának, még akkor is, ha elektromosan semlegesek. Elegendő a részecskéket a környező folyadékhoz képest melegíteni vagy hűteni. Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség, annál erősebbek az erők, amelyek a távolsággal csökkennek, csakúgy, mint az elektromos töltések közötti erők. A nanorészecskékhez tehát hatásos töltések rendelhetők, amelyek jele attól függ, hogy a részecskéket hűtik vagy melegítik.
Társaság a cikkért
A cikk témái
Ez a csodálatos hatás előfordulhat úgynevezett poláris oldószerekben, például vízben. Poláros folyadékokban a molekulák elektromos dipólusmomentumot hordoznak: az egyik oldalon pozitív töltésűek, a másikon negatív töltésűek, bár összességében elektromosan semlegesek. Amikor a poláris folyadékban oldott nanorészecskéket felmelegítjük vagy lehűtjük, a folyékony molekulák a nanorészecskék körüli egyenetlen hőmérsékleti mezőben helyezkednek el.
Cikkek a témáról
Körömlakk nemesfém nanorészecskékkel
Kis mágnesek a jövőbeli adattároláshoz
"Mivel a poláris folyadékokban lévő molekulák elektromos dipólus-momentummal bírnak, a molekulák igazodása olyan elektromos mezőhöz vezet, amely megegyezik az elektromos töltésével és így azonos erővel" - magyarázza Christoph Dellago, a Bécsi Egyetem fizikusa és az egyik A tanulmány szerzői: Érdekes módon a hatás a mágneses folyadékokban lévő nanorészecskék esetében is jelentkezik, így a részecskék ebben az esetben hatékony mágneses monopólusokat hordoznak, amelyek az elemi mágneses monopólusok analógjai lennének, amelyeket korábban nem figyeltek meg.
Az angol-osztrák együttműködés kutatói bonyolult számítógépes szimulációk révén szerezhették be új eredményeiket, amelyeket a nagy teljesítményű számítógépes Vienna Scientific Cluster (VSC) számítógépen hajtottak végre. Peter Wirnsberger, a Bécsi Egyetemen végzett, jelenleg a Cambridge-i Egyetem doktoranduszának által kifejlesztett új módszer segítségével a kutatóknak sikerült szimulálniuk a több mint 10 000 molekulából álló, hevített vagy hűtött molekulákból álló komplex nem egyensúlyi jelenséget. Tisztán érzékelje a nanorészecskék által kifejtett erőket.
A felfedezett hatás gyakorlati jelentőségét még nem lehet teljes mértékben felmérni. "A jövőben azonban termikusan előidézett kölcsönhatások felhasználhatók a nanorészecskék közötti erők kontrollált hőmérséklet-változtatásokon keresztüli befolyásolására, és ezáltal a kialakult struktúrák befolyásolására" - mondja Christoph Dellago. De mielőtt ez megtörténne, a kutatók megvárják Cambridge és Bécs azonban az általuk vizsgált hatás kísérleti megerősítésére támaszkodik.
Kiadvány:
Peter Wirnsberger, Domagoj Fijan, Roger A. Lightwood, Andela Šarić, Christoph Dellago és Daan Frenkel: Numerical Evidence for Thermally Induced Monopoles, a PNAS 2017-ben (online 2017. április 24-től). DOI 10.1073/pnas.162149411.
Tudományos kapcsolattartó: