नेचर में प्रकाशित एक अध्ययन से पता चलता है कि प्रकाश न केवल सामग्री को रोशन करता है, बल्कि पानी में निलंबित कार्बन नैनोट्यूब को "धीमा" भी कर सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब वे पानी में कार्बन नैनोट्यूब पर प्रकाश डालते हैं, तो इन छोटी संरचनाओं की प्रसार दर कम हो जाती है, और प्रकाश जितना तेज़ होता है, वे उतनी ही धीमी गति से चलते हैं, एक घटना जिसे टीम "प्रकाश-प्रेरित क्वांटम घर्षण" कहती है।
क्वांटम घर्षण अपने आप में एक प्रति-सहज अवधारणा है। यह पारंपरिक अर्थों में दो सतहों के बीच सीधे घर्षण के कारण होने वाला ड्रैग बल नहीं है, बल्कि क्वांटम "शोर" के कारण होने वाला ड्रैग बल है जो दो सतहों के बीच, या एक सतह और एक तरल के बीच दिखाई दे सकता है। रूहर यूनिवर्सिटी बोचुम के सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी और इस अध्ययन के मॉडलिंग और सिमुलेशन के प्रमुख मारियालोरे सल्पिज़ी ने कहा कि यह घटना शास्त्रीय यांत्रिकी की व्याख्या के दायरे से परे है, और इसका प्रतिरोध इलेक्ट्रॉनों के विशेष व्यवहार से आता है जो क्वांटम यांत्रिकी के नियमों का पालन करते हैं।
शोध दल ने प्रारंभ में घर्षण का पता लगाने के लिए प्रयोग नहीं किया। वे एक प्रकार के कार्बन नैनोट्यूब का अध्ययन कर रहे थे जो निकट-अवरक्त प्रकाश में प्रकाश उत्सर्जित करता है, एक प्रकार की सामग्री जिसने जैविक इमेजिंग के लिए अपनी उपयुक्तता के लिए ध्यान आकर्षित किया है। लेकिन पानी में इन नैनोट्यूबों की यादृच्छिक गति का अवलोकन करते समय, उन्हें अप्रत्याशित रूप से एक विसंगति का पता चला: जब प्रकाश सामग्री से टकराता था, तो कण पहले की तुलना में धीमी गति से चलते थे। जैसे-जैसे प्रयोग जारी रहा, टीम ने नैनोट्यूब की ल्यूमिनेसेंस तीव्रता को समायोजित करने के लिए रासायनिक साधनों का उपयोग किया, और परिणाम अभी भी वही थे - ल्यूमिनेसेंस जितना मजबूत होगा, प्रसार उतना ही धीमा होगा; चमक जितनी कम होगी, वे उतनी ही तेजी से आगे बढ़ेंगे।
शोधकर्ताओं का मानना है कि उत्तर की कुंजी इस बात में निहित है कि कार्बन नैनोट्यूब प्रकाश को अवशोषित करते समय किस प्रकार प्रतिक्रिया करते हैं। प्रकाश को अवशोषित करने के बाद, वे एक अल्पकालिक उत्तेजित अवस्था उत्पन्न करते हैं जिसे एक्साइटॉन कहा जाता है; कई सामग्रियों के विपरीत, कार्बन नैनोट्यूब में एक्सिटॉन ट्यूब बॉडी के साथ आगे बढ़ सकते हैं। ये एक्साइटॉन चलते समय उतार-चढ़ाव वाले चार्ज ले जाते हैं और आस-पास के पानी के अणुओं के साथ असंतुलित चार्ज के साथ संपर्क करते हैं, जिससे नैनोट्यूब और पानी के बीच इंटरफेस पर अतिरिक्त ड्रैग फोर्स पैदा होती है, जिससे अंततः समग्र घर्षण बढ़ता है और प्रसार धीमा हो जाता है।
इस तंत्र को सत्यापित करने के लिए, टीम ने कंप्यूटर सिमुलेशन आयोजित किया और कार्बन नैनोट्यूब में रासायनिक दोषों को पेश किया ताकि एक्सिटॉन को जगह में "फंसाया" जा सके। परिणामों से पता चला कि एक बार जब एक्साइटॉन चलने की क्षमता खो देते हैं, तो प्रकाश-प्रेरित घर्षण प्रभाव पूरी तरह से गायब हो जाता है। सल्पिज़ी का कहना है कि इससे पता चलता है कि एक बार जब एक्साइटन स्थानीयकृत हो जाते हैं, तो वे पानी के साथ उसी तरह से बातचीत नहीं कर सकते हैं। इसका मतलब यह भी है कि इस प्रकार का क्वांटम घर्षण एक निश्चित भौतिक संपत्ति नहीं है, बल्कि एक ऐसी घटना है जिसे विनियमित किया जा सकता है और यहां तक कि चालू और बंद भी नियंत्रित किया जा सकता है।
रूहर-यूनिवर्सिटेट बोचुम के भौतिक रसायनज्ञ और अध्ययन के सह-लेखक सेबस्टियन क्रूस बताते हैं कि यह परिणाम आश्चर्यजनक है क्योंकि आम तौर पर किसी सिस्टम में ऊर्जा इनपुट करने से यह तेजी से आगे बढ़ता है, धीमा नहीं। लेकिन यह कार्य केवल यह दर्शाता है कि प्रकाश हमेशा गति को संचालित नहीं करता है; यह क्वांटम स्तर पर अंतःक्रियाओं के माध्यम से सामग्रियों पर ब्रेक भी लगा सकता है। सल्पिज़ी ने कहा कि यह शोध पहली बार दिखाता है कि क्वांटम घर्षण को प्रकाश द्वारा प्रेरित और नियंत्रित किया जा सकता है, जो एक नई घटना है जिसे पहले कभी नहीं देखा गया है।
इस खोज के निहितार्थ प्रयोगशाला तक सीमित नहीं हैं। कार्बन सामग्री और पानी के बीच इंटरफेस के व्यवहार ने शोधकर्ताओं को लंबे समय से हैरान कर दिया है। उदाहरण के लिए, पानी अक्सर कार्बन नैनोट्यूब या ग्राफीन की सतह पर अपेक्षा से भिन्न तरीके से बहता है, और क्वांटम प्रभाव को लंबे समय से इसका एक कारण माना जाता है। यह शोध इस सिद्धांत के लिए अब तक का सबसे प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक समर्थन प्रदान करता है, और निकट संपर्क में प्रकाश, पदार्थ और तरल पदार्थों के बीच जटिल संबंधों को समझने के लिए नए सुराग भी प्रदान करता है।
हालाँकि, शोध अभी ख़त्म नहीं हुआ है। टीम को अभी तक यह नहीं पता है कि प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य के तहत यह प्रभाव कैसे बदलता है, या क्या अन्य नैनोमटेरियल्स में भी इसी तरह का व्यवहार होता है। लेकिन व्यापक अर्थ में, इस परिणाम से पता चला है कि प्रकाश, उत्तेजित अवस्थाओं और पर्यावरण के बीच एक सूक्ष्म संबंध है जो सीधे कार्य कर सकता है। यह कनेक्शन न केवल महत्वपूर्ण है, बल्कि भविष्य की सामग्रियों और नैनो प्रौद्योगिकी अनुसंधान में नई अनुप्रयोग दिशाएँ भी ला सकता है।