ন্যানোস্কেলে তরল মেকানিক্সের রহস্য উন্মোচনকারী 'কোয়ান্টাম plumbers'-এর সাথে দেখা করুন - পদার্থবিজ্ঞান বিশ্ব

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-4.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-4.jpg" data-caption="স্রোতের সাথে চলা কার্বন ন্যানোটিউবগুলির মাধ্যমে জলের প্রবাহকে ন্যানোস্কেলে উদ্ভূত অদ্ভুত কোয়ান্টাম প্রভাবগুলিকে কাজে লাগিয়ে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। (সৌজন্যে: লুসি রিডিং-ইকান্দা/সিমন্স ফাউন্ডেশন)”>

আপনি যদি আপনার কম জলের চাপে বিলাপ করে ঝরনার নিচে দাঁড়িয়ে থাকেন, তাহলে একটি খামের পিছনের হিসাব আপনাকে জলের সান্দ্রতা, চাপ এবং আপনার জলের পাইপের আকারের মধ্যে সম্পর্ক দেবে৷ যদি আপনার পাইপগুলিকে কয়েক মাইক্রন চওড়া করে ছোট করা হয়, তবে আপনাকে এটিও জানতে হবে যে জল এবং পাইপের মধ্যে কতটা ঘর্ষণ রয়েছে, যা মাইক্রোস্কেলে তাৎপর্যপূর্ণ হয়ে ওঠে।

কিন্তু যদি আপনার পাইপগুলি এত সরু হয় যে শুধুমাত্র কয়েকটি জলের অণু একবারে মাপসই হতে পারে তবে কী হবে? যদিও ন্যানোস্কেল প্লাম্বিং অব্যবহারিক এবং অসম্ভব উভয়ই শোনাতে পারে, এটি এমন কিছু যা আমরা আসলে কার্বন ন্যানোটিউবগুলির জন্য ধন্যবাদ তৈরি করতে পারি। এরপরই জাপানি পদার্থবিদ ড সুমিও আইজিমা 1991 সালে বহু-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউব আবিষ্কার করেন (প্রকৃতি 354 56), গবেষকরা ভাবতে শুরু করেছিলেন যে এই ক্ষুদ্র কাঠামোগুলিকে তরল চুষতে এবং পরিবহনের জন্য আণবিক-স্কেল টিউব হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে কিনা।

কার্বন ন্যানোটিউবগুলির দেয়াল রয়েছে যা জলকে বিকর্ষণ করে, বিজ্ঞানীরা মনে করেন যে জল প্রায় ঘর্ষণ-মুক্ত এই কাঠামোর মধ্য দিয়ে জিপ হতে পারে। এই ধরনের দক্ষ প্রবাহের সাথে, জল বিশুদ্ধকরণ, জল বিশুদ্ধকরণ এবং অন্যান্য "ন্যানোফ্লুইডিক" প্রযুক্তির জন্য ন্যানোটিউবগুলি ব্যবহার করার কথা ছিল।

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-1.jpg" data-caption="আচ্ছন্ন একটি বহু-প্রাচীর কার্বন ন্যানোটিউবে এককেন্দ্রিক গ্রাফিন স্তরগুলির শিল্পীর ছাপ৷ (সৌজন্যে: iStock/theasis)” title=”পপআপে ছবি খুলতে ক্লিক করুন” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/04/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the -mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale-physics-world-1.jpg”>

স্ট্যান্ডার্ড ফ্লুইড ডাইনামিকস অনুসারে, একটি প্রবাহিত তরল এবং পাইপের প্রাচীরের মধ্যে ঘর্ষণটি পরিবর্তন করা উচিত নয় কারণ পাইপটি সরু হয়ে যায়। যাইহোক, পরীক্ষায় দেখা গেছে যে যখন কার্বন ন্যানোটিউবের মধ্য দিয়ে পানি প্রবাহিত হয়, তখন টিউবের পিচ্ছিলতা তার ব্যাসের উপর নির্ভর করে।

এটি দেখা যাচ্ছে যে ন্যানোস্কেলে, তরল মেকানিক্সের আইনগুলি জল এবং কার্বনের মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলির কোয়ান্টাম-যান্ত্রিক দিকগুলি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়

দেখা যাচ্ছে যে ন্যানোস্কেলে, তরল মেকানিক্সের নিয়মগুলি জল এবং কার্বনের মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলির কোয়ান্টাম-যান্ত্রিক দিকগুলি দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় এবং "কোয়ান্টাম ঘর্ষণ" নামে পরিচিত একটি নতুন ঘটনার জন্ম দিতে পারে। ঘর্ষণ প্রায়ই একটি উপদ্রব, কিন্তু এটি একটি সমস্যা বা একটি সুযোগ এখানে আমাদের বুদ্ধিমত্তার উপর নির্ভর করে।

কোয়ান্টাম ঘর্ষণকে ন্যানোস্কেল ফ্লো সেন্সর বিকাশ করতে বা ন্যানোফ্লুইডিক্সের জন্য অতি-ক্ষুদ্র ভালভ তৈরি করতে শোষণ করা যেতে পারে। এই আশ্চর্যজনক কোয়ান্টাম প্রভাবের আবিষ্কার - যা এমনকি ঘরের তাপমাত্রায়ও কাজ করে - ব্যবহারিক ন্যানোটেকনোলজি অ্যাপ্লিকেশন এবং তাত্ত্বিক আণবিক পদার্থবিজ্ঞানের জন্য একটি খেলনা বাক্স খুলে দিয়েছে। "কোয়ান্টাম plumbers" এর জন্য, আমরা কেবল ভিতরে কী আছে তা খুঁজে বের করার শুরুতে আছি।

পিচ্ছিল টিউব

গল্পটি 2000 এর দশকের গোড়ার দিকে আন্তরিকভাবে শুরু হয়, যখন কার্বন ন্যানোটিউবের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত পানির কম্পিউটার সিমুলেশন (প্রকৃতি 438 44 এবং প্রকৃতি 414 188) দেখিয়েছেন যে জলের অণুগুলি প্রকৃতপক্ষে টিউবের প্রাচীর অতিক্রম করে খুব কম ঘর্ষণে চলে। এটি চিত্তাকর্ষক প্রবাহের হার তৈরি করে, এমনকি বিশেষ ন্যানোস্কেল প্রোটিন চ্যানেলের মাধ্যমে যা প্রাণী এবং উদ্ভিদ কোষে জলের স্তর নিয়ন্ত্রণ করে তার চেয়েও দ্রুত।

অন্যান্য সিমুলেশন, দ্বারা বাহিত বেন কোরি এ অস্ট্রেলিয়ান ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটি, প্রস্তাবিত যে যদি ন্যানোটিউবগুলি কেবলমাত্র কয়েকটি অ্যাংস্ট্রোম জুড়ে থাকে - যাতে মাত্র কয়েকটি জলের অণু ব্যাসের মধ্যে ফিট করে - কাঠামোগুলি লবণকে ফিল্টার করতে পারে (জে ফিজ। কেম খ 112 1427) কারণ দ্রবীভূত লবণ আয়নগুলি জলের অণুর একটি "হাইড্রেশন শেল" দ্বারা বেষ্টিত থাকে, যা টিউবের মধ্য দিয়ে যাওয়ার পক্ষে খুব বড় হওয়া উচিত। এই অনুসন্ধানটি সারিবদ্ধ ন্যানোটিউবগুলির অ্যারে থেকে ডিস্যালিনেশন মেমব্রেন তৈরি করার সম্ভাবনা উত্থাপন করেছিল, কম ঘর্ষণ উচ্চ জল প্রবাহ হার নিশ্চিত করে।

এই জাতীয় ঝিল্লির উপর প্রাথমিক পরীক্ষাগুলি (বিজ্ঞান 312 1034) 2000-এর দশকে ওলজিকা বাকাজিনএর গ্রুপ এ লরেন্স লিভারমোর ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি ক্যালিফোর্নিয়ায় প্রতিশ্রুতি দেখিয়েছে (চিত্র 1)। কিন্তু ন্যানোটিউবগুলির সাথে দৃঢ়, ব্যয়-কার্যকর ঝিল্লি তৈরির ব্যবহারিকতা যা একই আকারের, বরং ধীরগতির অগ্রগতির দিকে পরিচালিত করেছে।

ন্যানোটিউবগুলিতে জলের প্রবাহের ঘনিষ্ঠ দৃষ্টিভঙ্গি জিনিসগুলিকে আরও জটিল করে তুলেছে। 2016 সালে পদার্থবিদ ড লিডারিক বোকেট এর ইকোলে নরমাল সুপারিউর প্যারিসে এবং তার সহকর্মীরা পরীক্ষা চালিয়েছিলেন যে দেখায় যে কার্বন ন্যানোটিউবের মাধ্যমে চাপের মধ্যে প্রবাহিত জল দ্রুততর হয় কারণ টিউবের ব্যাস প্রায় 100 এনএমের চেয়ে ছোট হয়ে যায় (প্রকৃতি 537 210) অন্য কথায়, ন্যানোটিউবগুলি যত ছোট হয়ে যায় ততই পিচ্ছিল বলে মনে হয়। তবুও বোরন নাইট্রাইড থেকে তৈরি ন্যানোটিউবগুলির জন্য, প্রবাহের হারগুলি টিউবের ব্যাসের উপর নির্ভর করে না, যা সাধারণ শাস্ত্রীয় মডেল থেকে আশা করা যায়।

কার্বন ন্যানোটিউবগুলি গ্রাফিনের এককেন্দ্রিক স্তর থেকে তৈরি করা হয়, যা একটি 1D মধুচক্র জালিতে সাজানো কার্বন পরমাণু নিয়ে গঠিত। গ্রাফিন শীটগুলি বৈদ্যুতিকভাবে সঞ্চালন করে - তাদের মোবাইল ইলেকট্রন রয়েছে - যেখানে বোরন নাইট্রাইড একটি ষড়ভুজাকার জালির কাঠামো থাকা সত্ত্বেও তা অন্তরক করে।

এই পার্থক্যটি Bocquet এবং সহকর্মীদের সন্দেহ করেছিল যে অপ্রত্যাশিত আচরণটি টিউবের দেয়ালের ইলেক্ট্রন অবস্থার সাথে কোনওভাবে সংযুক্ত হতে পারে। রহস্য যোগ করার জন্য, অন্যান্য পরীক্ষায় দেখা গেছে যে গ্রাফাইটের তৈরি গ্রাফিনের চেয়ে গ্রাফিনের তৈরি ন্যানোস্কেল চ্যানেলগুলির নীচে জল দ্রুত প্রবাহিত হয় - যা গ্রাফিনের স্তুপীকৃত স্তর। কার্বন ন্যানোটিউবে গ্রাফিনের কেন্দ্রীভূত স্তরগুলি তাদের একটি গ্রাফাইটের মতো কাঠামো দেয়, তাই ন্যানোটিউবগুলির মাধ্যমে কীভাবে জল পরিবহন করা হয় তা বোঝার জন্য এটি গুরুত্বপূর্ণ হতে পারে।

এই তাত্ত্বিক ধাঁধার সমাধান করা ন্যানোটিউব ঝিল্লির ব্যবহারিক ব্যবহারের জন্য গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলতে পারে। "এই ধরনের প্রবাহ ঝিল্লি বিজ্ঞানের সমস্ত ধরণের প্রক্রিয়ার কেন্দ্রে রয়েছে," বলে নিকিতা কাভোকাইন, এ একজন পদার্থবিদ পলিমার গবেষণার জন্য ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট মেইনজ, জার্মানিতে। "আমরা এমন উপকরণ তৈরি করতে সক্ষম হতে চাই যা জলের ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং আয়ন নির্বাচনের ক্ষেত্রে আরও ভাল কাজ করে।"

2022 সালে Bocquet রসায়নবিদ সঙ্গে একটি সমাধান প্রস্তাব মেরি-লর বোকেট এবং কাভোকাইন (যিনি তখন ইএনএস-এ ছিলেন) - কোয়ান্টাম ঘর্ষণ ধারণা (প্রকৃতি 602 84) তারা যুক্তি দিয়েছিলেন যে গ্রাফাইটের উপর দিয়ে প্রবাহিত জলকে গ্রাফিন শীটের মোবাইল ইলেক্ট্রনগুলিতে তরঙ্গের মতো উত্তেজনার সাথে জলে চার্জের ওঠানামার মিথস্ক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট এক ধরণের টেনে ধীর করা যেতে পারে।

প্রথম নজরে, এটি অসম্ভাব্য মনে হয় যে খুব হালকা ইলেকট্রনগুলি অনেক ভারী পরমাণু এবং অণুর সাথে যোগাযোগ করবে, কারণ তারা এই ধরনের বিভিন্ন গতিতে চলে। কাভোকাইন বলেছেন, "নিষ্পাপ ধারণাটি হল যে ইলেকট্রনগুলি জলের অণুগুলির তুলনায় অনেক দ্রুত গতিতে চলে, তাই তারা একে অপরের সাথে গতিশীলভাবে কথা বলবে না।"

ইলেকট্রন এবং পরমাণুর নড়াচড়ার মধ্যে টাইমস্কেলের বড় পার্থক্য হল এর ভিত্তি জন্ম-ওপেনহাইমার আনুমানিক, যা আমাদের পারমাণবিক গতির প্রভাব সম্পর্কে চিন্তা না করেই পরমাণু এবং অণুর বৈদ্যুতিন অবস্থা গণনা করতে দেয়। বোকেট যেমন স্বীকার করেছেন, যখন তিনি এবং তার সহকর্মীরা প্রথম এই ধরনের মিথস্ক্রিয়া হওয়ার সম্ভাবনা অন্বেষণ করার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন, "আমরা খুব অস্পষ্ট ধারণা দিয়ে শুরু করেছি এবং আশাবাদী নয়"।

কিন্তু গবেষকরা যখন গণনা করেছিলেন, তখন তারা দেখতে পান যে গ্রাফাইটে ইলেকট্রন এবং জলের অণুগুলি একে অপরকে অনুভব করার একটি উপায় ছিল। কারণ জলের অণুগুলির তাপীয় গতিগুলি জায়গায় জায়গায় ঘনত্বের মধ্যে স্বল্পস্থায়ী পার্থক্য তৈরি করে। এবং যেহেতু জলের অণুগুলি মেরু - তাদের বৈদ্যুতিক চার্জের একটি অসমমিত বন্টন রয়েছে - এই ঘনত্বের ওঠানামাগুলি তরলের মধ্যে ডেবাই মোড নামে পরিচিত চার্জের ওঠানামা তৈরি করে। গ্রাফাইটে ইলেক্ট্রন মেঘও তরঙ্গের মতো চার্জের ওঠানামা প্রদর্শন করে, যা "প্লাজমন" (চিত্র 2) নামে পরিচিত কোয়াসিকণা হিসাবে আচরণ করে।

পরিসংখ্যানগত পদার্থবিদ অনুসারে জিয়ানকার্লো ফ্রানজেস এর বার্সেলোনা বিশ্ববিদ্যালয়, কোয়ান্টাম ঘর্ষণ বোঝার চাবিকাঠি হল জলের বৈশিষ্ট্যগুলিকে বহু-শরীরের সমস্যা হিসাবে বিবেচনা করা উচিত: ডেবাই মোডগুলির কারণ ওঠানামাগুলি সমষ্টিগত, কেবল একক-অণু বৈশিষ্ট্যের সমষ্টি নয়।

Bocquet এবং সহকর্মীরা দেখতে পান যে গ্রাফাইটে প্লাজমন তরঙ্গ এবং জলে Debye মোড উভয়ই প্রতি সেকেন্ডে প্রায় কয়েক ট্রিলিয়ন ফ্রিকোয়েন্সি সহ ঘটতে পারে - টেরাহার্টজ পরিসরে। এর মানে হল যে দুটির মধ্যে একটি অনুরণন হতে পারে, যাতে একজন অন্যটির দ্বারা উত্তেজিত হতে পারে, ঠিক যেমন উচ্চস্বরে একটি নোট গাইলে একই পিচ থাকলে কম্পনহীন পিয়ানো স্ট্রিং সেট করতে পারে।

এইভাবে, গ্রাফাইট পৃষ্ঠের উপর দিয়ে প্রবাহিত জল গ্রাফাইটের মধ্যে থাকা প্লাজমনগুলিতে ভরবেগ স্থানান্তর করতে পারে এবং এর ফলে ধীর হয়ে যেতে পারে, টানাটানির সম্মুখীন হয়। অন্য কথায়, জন্ম-ওপেনহাইমার অনুমান এখানে ভেঙে যায়: একটি প্রভাব যাকে বোকেট "একটি বিশাল আশ্চর্য" বলে।

গুরুত্বপূর্ণভাবে, গ্রাফাইটের প্লাজমনগুলি যেগুলিকে সবচেয়ে বেশি জোরালোভাবে জলের সাথে যুক্ত করে তা স্তুপীকৃত গ্রাফিন শীটগুলির মধ্যে ইলেকট্রন লাফানোর কারণে ঘটে। তাই এগুলি গ্রাফিনের একক শীটে ঘটে না (চিত্র 3)। এটি, বোকেট এবং সহকর্মীরা ভেবেছিলেন, কেন গ্রাফিনের চেয়ে গ্রাফাইটের উপরে জল বেশি ধীরে প্রবাহিত হয় - কারণ কেবলমাত্র পূর্বের ক্ষেত্রেই শক্তিশালী কোয়ান্টাম ঘর্ষণ রয়েছে।

কিন্তু এটা কি ব্যাখ্যা করবে যে কিভাবে একটি কার্বন ন্যানোটিউবে পানির প্রবাহের হার টিউবের ব্যাসের উপর নির্ভর করে? প্রায় 100 এনএম-এর উপরে ব্যাস সহ বৃহৎ ন্যানোটিউবগুলিতে, যেখানে দেয়ালের তুলনামূলকভাবে কম বক্রতা রয়েছে, স্তুপীকৃত গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে ইলেকট্রনিক অবস্থার সংযোগ অনেকটা সমতল শীট সহ সাধারণ গ্রাফাইটের মতো একই, তাই জলের দ্বারা অনুভূত কোয়ান্টাম ঘর্ষণ। প্রবাহ তার সর্বোচ্চ শক্তিতে।

কিন্তু যেহেতু টিউবগুলো সরু হয়ে যায় এবং তাদের দেয়ালগুলো আরো শক্তভাবে বাঁকা হয়ে যায়, তাদের দেয়ালের স্তরগুলোর মধ্যে ইলেকট্রনিক মিথস্ক্রিয়া দুর্বল হয়ে পড়ে এবং স্তরগুলো স্বাধীন গ্রাফিন শীটের মতো আচরণ করে। প্রায় 100 এনএম ব্যাসের নীচে কোয়ান্টাম ঘর্ষণ হ্রাস পায়, এবং যদি টিউবগুলি প্রায় 20 এনএমের চেয়ে সংকীর্ণ হয় তবে কোনওটিই নেই - টিউবগুলি শাস্ত্রীয় তত্ত্বগুলির পূর্বাভাস অনুসারে পিচ্ছিল। তাই বরং উদ্ভটভাবে, এই ক্ষেত্রে, সিস্টেমে কম "পরিমাণতা" বলে মনে হচ্ছে কারণ এটি ছোট হয়।

বরং অদ্ভুতভাবে, এই ক্ষেত্রে, সিস্টেমে কম "পরিমাণতা" আছে বলে মনে হচ্ছে কারণ এটি ছোট হয়

"লিডারিকের কাজটি অত্যন্ত উত্তেজনাপূর্ণ," বলেছেন অ্যাঞ্জেলোস মাইকেলাইডস, থেকে একটি তাত্ত্বিক রসায়নবিদ কেমব্রিজ বিশ্ববিদ্যালয় যুক্তরাজ্যে, যার জল-গ্রাফিন ইন্টারফেসের বিস্তারিত কম্পিউটার সিমুলেশন নিশ্চিত করেছে যে কোয়ান্টাম ঘর্ষণ ঘটে (ন্যানো লেট. 23 580).

কোয়ান্টাম ঘর্ষণ এর অদ্ভুত বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি হল, এর ক্লাসিক্যাল প্রতিরূপের বিপরীতে, এটি আপেক্ষিক গতিতে দুটি পদার্থের মধ্যে সরাসরি যোগাযোগের উপর নির্ভর করে না। কোয়ান্টাম ঘর্ষণ জলকে ধীর করে দেবে এমনকি যদি এটি এবং কার্বন ন্যানোটিউবের মধ্যে একটি পাতলা ভ্যাকুয়াম স্তর থাকে। স্যান্ড্রা ট্রয়েন থেকে ক্যালিফোর্নিয়া ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির পাসাডেনায়, যিনি ইন্টারফেসের তরল মেকানিক্স অধ্যয়ন করেন, বলেছেন যে এই "দূরত্বে ঘর্ষণ" রাশিয়ান পদার্থবিজ্ঞানী লিওনিড লেভিটভের 1989 সালে প্রস্তাবিত একটি আগের ধারণার সাথে সম্পর্কিত।ইপিএল 8 499).

পরমাণুর চারপাশে ইলেকট্রন বন্টনের ওঠানামা মানে নিরপেক্ষ পরমাণু, অণু এবং পদার্থ একে অপরের উপর একটি দুর্বল ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বল প্রয়োগ করতে পারে যাকে ভ্যান ডের ওয়ালস বল বলা হয়। লেভিটভ যুক্তি দিয়েছিলেন যে এটি একে অপরের উপর দিয়ে চলে যাওয়া বস্তুর উপর একটি টেনে আনতে পারে, এমনকি যখন একটি ভ্যাকুয়াম দ্বারা পৃথক করা হয়। "লেভিটভ পুরো ধারণাগত বলটিকে গতিতে সেট করেছিলেন যে দূরত্বে কাজ করা কোয়ান্টাম প্রভাব সরাসরি শারীরিক যোগাযোগ ছাড়াই একটি ঘর্ষণ শক্তি তৈরি করতে পারে," ট্রয়েন বলেছেন।

ন্যানোস্কেল প্লাম্বিং

এটা সব তত্ত্ব ভাল শোনাচ্ছে, কিন্তু ধারণা একটি পরীক্ষামূলক পরীক্ষা করা যেতে পারে? এটি করতে, কাভোকাইন এর সাথে দল বেঁধেছেন মিশা বন, এছাড়াও Mainz-এ, জলের গতিশীলতা পরীক্ষা করার জন্য স্পেকট্রোস্কোপি ব্যবহার করার একজন বিশেষজ্ঞ। প্রথমে, বন স্বীকার করেন, তিনি সন্দেহজনক ছিলেন। "আমি ছিলাম, বন্ধুরা, এটি সত্যিই একটি দুর্দান্ত তত্ত্ব, তবে ঘরের তাপমাত্রায় আপনি এটি দেখতে পাবেন এমন কোনও উপায় নেই।" কিন্তু তিনি এটা চেষ্টা করতে রাজি.

"ঘর্ষণ হল ভরবেগ স্থানান্তর," বন ব্যাখ্যা করে। "কিন্তু আমরা কিভাবে তা পরিমাপ করতে পারি? ঠিক আছে, আমি শক্তি স্থানান্তর পরিমাপ করতে পারি - আমরা সাধারণত স্পেকট্রোস্কোপিতে এটিই করি।" তাই কাভোকাইন কোয়ান্টাম ঘর্ষণ তত্ত্বটি পুনরায় লিখেছিলেন যাতে এটি ভরবেগ স্থানান্তরের পরিবর্তে শক্তি স্থানান্তরের পরিমাণ নির্ধারণ করে। তারপরে তারা ইলেকট্রন এবং জলের গতিবিদ্যার মধ্যে এই জাতীয় শক্তি স্থানান্তর করতে পারে কিনা তা দেখতে বেরিয়েছিল।

গণনাগুলি ভবিষ্যদ্বাণী করেছিল যে কোয়ান্টাম ঘর্ষণ গ্রাফাইটের তুলনায় গ্রাফিনে দুর্বল, কিন্তু বনের দল গ্রাফিনের সাথে একটি পরীক্ষা তৈরি করেছে কারণ তারা ইতিমধ্যে এর ইলেক্ট্রন গতিবিদ্যা অধ্যয়ন করেছে। বন ব্যাখ্যা করেছেন যে গ্রাফিন মনোলেয়ারের একটি ইন-প্লেন প্লাজমন রয়েছে যা জলের ওঠানামা জোড়া দিতে পারে, তাই কোয়ান্টাম ঘর্ষণ এখনও উপস্থিত থাকা উচিত, যদিও এটি গ্রাফাইটের তুলনায় দুর্বল প্রভাব হবে।

গবেষকরা জলে নিমজ্জিত গ্রাফিনের একক শীটে ইলেকট্রনগুলিকে উত্তেজিত করতে অপটিক্যাল লেজারের ডাল ব্যবহার করেছিলেন, ফলে হঠাৎ করে "ইলেক্ট্রনিক তাপমাত্রা" বৃদ্ধি করে যাতে এটি জলের সাথে ভারসাম্যের বাইরে ছিল (প্রকৃতি ন্যানোটেকনোল। 18 898) "একটি নির্দিষ্ট অন্তর্নিহিত শীতল সময় আছে," বন বলেছেন - এটি একটি ভ্যাকুয়ামে শীতল করার হার হিসাবে নেওয়া হয়। "কিন্তু যদি উল্লেখযোগ্য শক্তি স্থানান্তর হয় [গ্রাফিন প্লাজমন এবং জলের ডেবাই মোডের মধ্যে] তাহলে জল উপস্থিত থাকলে সেই শীতল হার বৃদ্ধি করা উচিত।"

এবং তারা ঠিক কি দেখেছে। ইলেক্ট্রনগুলি ঠান্ডা হওয়ার সাথে সাথে টেরাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে তাদের আলো শোষণ করার ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়। প্রাথমিক উত্তেজনাপূর্ণ লেজার পালসের পরে বিভিন্ন সময়ে টেরাহার্টজ ডালের শোষণ পর্যবেক্ষণ করে, বন এবং সহকর্মীরা শীতল হার নির্ধারণ করতে পারে। এই ক্ষেত্রে, পানি এবং ইলেক্ট্রনের মধ্যে শক্তি স্থানান্তর হয়েছে বলে মনে হচ্ছে - কোয়ান্টাম ঘর্ষণের একটি স্বাক্ষর - এমনকি গ্রাফিনের একটি মনোলেয়ারের জন্যও (চিত্র 4)।

বিপরীতে, যখন গ্রাফিনকে মিথানল বা ইথানলে নিমজ্জিত করা হয়েছিল, তখন ইলেকট্রনের শীতল হওয়ার হার ভ্যাকুয়ামের চেয়ে ধীর ছিল। এগুলি পোলার তরল তবে উপযুক্ত ফ্রিকোয়েন্সিতে তাদের ডেবাই মোড নেই এবং তারা কেবল ইলেক্ট্রনের তাপীয় শিথিলকরণকে বাধা দেয়।

"আমার প্রাথমিক প্রবৃত্তি ভুল ছিল," বন আনন্দের সাথে স্বীকার করে, "তাই যখন এটি কাজ করেছিল তখন এটি একটি খুব আনন্দদায়ক বিস্ময় ছিল।" কিন্তু যখন তিনি বলেন যে ফলাফলগুলি তাত্ত্বিক ভবিষ্যদ্বাণীগুলির সাথে পরিমাণগতভাবে সামঞ্জস্যপূর্ণ, এটিকে ক্লিচ করার জন্য আরও পরীক্ষা-নিরীক্ষার প্রয়োজন। আরও কী, তারা এখনও পর্যন্ত বাল্ক ওয়াটারের সংস্পর্শে সমতল গ্রাফিন শীটগুলি দেখেছে। "আমরা সত্যিই ন্যানোকনফাইন্ড ওয়াটারে যেতে চাই," তিনি বলেছেন - একটি এক্সটেনশন তারা ইতিমধ্যে শুরু করেছে।

একটি পাইপ স্বপ্ন অতিক্রম

কোয়ান্টাম ঘর্ষণ ভাল ব্যবহার করা যেতে পারে? কাভোকাইন তাই আশা করেন, এবং এটি করার প্রচেষ্টাকে বর্ণনা করতে "কোয়ান্টাম প্লাম্বিং" শব্দটি তৈরি করেছেন। "আমরা দেখতে পারি কিভাবে যান্ত্রিক কাজ [তরল প্রবাহের মতো] সরাসরি ইলেকট্রনিক গতির সাথে কথা বলতে পারে," বোকেট বলেছেন। "উদাহরণস্বরূপ, যদি আপনি একটি তরল সরান, আপনি একটি ইলেকট্রনিক কারেন্ট প্ররোচিত করতে পারেন।"

গবেষকরা এখন চিন্তা করছেন কীভাবে যান্ত্রিক কাজ এবং ইলেক্ট্রন গতির মধ্যে শক্তির সরাসরি রূপান্তরকে কাজে লাগানো যায় - উদাহরণস্বরূপ, ইলেকট্রনিক স্রোত তৈরি করতে বর্জ্য প্রবাহের শক্তি সংগ্রহ করে, বা প্রবাহের হার পরিবর্তন করতে ইলেকট্রনিক নিয়ন্ত্রণ ব্যবহার করে এবং এইভাবে ন্যানোস্কেল ভালভ তৈরি করে বা পাম্প "এটা অসম্ভব নয়," বন প্রমাণ করে।

কাভোকাইন উল্লেখ করেছেন যে জৈবিক সিস্টেমগুলি - প্রোটিনের সূক্ষ্ম কাঠামোগত সুরযোগ্যতার জন্য ধন্যবাদ - খুব ছোট স্কেলে প্রবাহ নিয়ন্ত্রণে খুব ভাল। যদিও তিনি মনে করেন যে এটি "অসম্ভাব্য" যে কেউ এই মাত্রার কাঠামোগত টিউনেবিলিটি অর্জন করতে পারে, "[আমাদের কাজ] দেখায় যে আমরা খুব ভিন্ন পদার্থবিদ্যার সাথে অনুরূপ ফাংশন অর্জনের জন্য ইলেকট্রনিক টিউনেবিলিটির পরিবর্তে খেলতে পারি" - যাকে তিনি "অ্যান্টি-বায়োমিমেটিক রুট" বলে অভিহিত করেন ন্যানো ইঞ্জিনিয়ারিং প্রবাহিত করতে।

কোয়ান্টাম ঘর্ষণ বোঝা কম-ঘর্ষণ উপকরণ তৈরির জন্য দরকারী হতে পারে, ফ্রানজেস বলেছেন। "লুব্রিকেন্টগুলি প্রায়শই একটি সমাধান হিসাবে ব্যবহৃত হয়, কিন্তু তাদের অনেকগুলি টেকসই হয় না," তিনি বলেছেন - তাই অন্তর্নিহিতভাবে কম ঘর্ষণ সহ একটি উপাদান ডিজাইন করা একটি ভাল বিকল্প হবে৷ আরও কী, জলের প্রকৃতি-কঠিন ইন্টারফেসকে বহু-শরীরের সমস্যা হিসাবে বিবেচনা করার পদ্ধতি "অন্যান্য ক্ষেত্রে যেমন ফিল্টারিং এবং তরল মিশ্রণের পৃথকীকরণের ক্ষেত্রে প্রভাব ফেলতে পারে"।

ঠাণ্ডা: কিভাবে পদার্থবিদরা লেজার কুলিং দিয়ে কণাগুলিকে ম্যানিপুলেট এবং সরাতে শিখেছেন

ইতিমধ্যে, Michaelides এবং Bocquet গ্রাফাইটের একটি শীটের ইলেকট্রনিক উত্তেজনাকে একটি মধ্যস্থতাকারী হিসাবে ব্যবহার করার ধারণাটি অন্বেষণ করছেন যাতে এটির উভয় পাশে দুটি প্রবাহকে যোগাযোগের অনুমতি দেয়, যাতে একটি অন্যটিকে প্ররোচিত করতে পারে: যাকে তারা ফ্লো টানেলিং বলে। তাদের সিমুলেশন দেখায় যে এটি নীতিগতভাবে সম্ভব হওয়া উচিত।

"আমি এই কাজের অনেক গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ কল্পনা করি [কোয়ান্টাম ঘর্ষণে]," ট্রয়েন বলেছেন, "জৈবিক সিস্টেম থেকে শুরু করে ঝিল্লি-ভিত্তিক বিচ্ছেদ, ডিস্যালিনেশন, তরল ব্যাটারি, ন্যানোমেশিন এবং আরও অনেক কিছু জড়িত।"

নির্বিশেষে কোয়ান্টাম plumbers শেষ পর্যন্ত কি উত্পাদন, যেমন Bocquet সুন্দরভাবে উপসংহারে, "এটি একটি খুব সুন্দর খেলার মাঠ"।

• এসইও চালিত বিষয়বস্তু এবং পিআর বিতরণ। আজই পরিবর্ধিত পান।
• PlatoData.Network উল্লম্ব জেনারেটিভ Ai. নিজেকে ক্ষমতায়িত করুন। এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোএআইস্ট্রিম। Web3 ইন্টেলিজেন্স। জ্ঞান প্রসারিত. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটোইএসজি। কার্বন, ক্লিনটেক, শক্তি, পরিবেশ সৌর, বর্জ্য ব্যবস্থাপনা. এখানে প্রবেশ করুন.
• প্লেটো হেলথ। বায়োটেক এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল ইন্টেলিজেন্স। এখানে প্রবেশ করুন.
• উত্স: https://physicsworld.com/a/meet-the-quantum-plumbers-uncovering-the-mysteries-of-fluid-mechanics-at-the-nanoscale/