Ein interdisziplinäres Team der Ruhr-Universität Bochum hat ein bemerkenswertes Phänomen entdeckt, das die Beweglichkeit von fluoreszierenden Kohlenstoffnanoröhren beeinflusst. Wenn diese Nanoröhren in wässriger Lösung Licht ausgesetzt werden, zeigt sich eine signifikante Abnahme ihrer Geschwindigkeit. Diese Entdeckung könnte entscheidend für das Verständnis von Grenzflächenprozessen sein.
Das Forschungsteam, bestehend aus Prof. Dr. Sebastian Kruss, Prof. Dr. Marialore Sulipizi und Prof. Dr. Martina Havenith, stellte fest, dass die Diffusionskonstante der Kohlenstoffnanoröhren linear mit der Lichtintensität sinkt. Diese Ergebnisse wurden am 10. Juni 2026 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Details der Entdeckung
Bei der Untersuchung der Kohlenstoffnanoröhren, die wabenförmige Strukturen aus Kohlenstoff umfassen und etwa 100.000-mal dünner sind als ein menschliches Haar, wurde ein bemerkenswerter Effekt beobachtet: Das Wasser um die Nanoröhren verhält sich zäher, wenn diese mit Licht angeregt werden. Dieser Effekt beruht auf einer direkten Kopplung zwischen den Elektronen der Festkörperstruktur und den Molekülen des umgebenden Wassers.
Die Ursachen für diese Bremswirkung wurden durch atomistische Simulationen und Terahertz-Spektroskopie aufgedeckt. Diese Methoden erlaubten es den Forschern, in Echtzeit den Impulsübertrag zwischen den fluktuierenden Dipolmomenten der sogenannten Exzitonen und den kollektiven Bewegungen der Wassermoleküle zu analysieren. Exzitonen sind elektronische Anregungen, die zur Fluoreszenz führen und somit deren Beweglichkeit maßgeblich beeinflussen.
Wissenschaftliche und praktische Implikationen
Die Bedeutung dieser Erkenntnisse erstreckt sich weit über die Grundlagenforschung hinaus. Die gewonnenen Daten könnten neue Wege in der Materialwissenschaft und Nanotechnologie eröffnen, insbesondere in Bezug auf die Kontrolle der Reibung durch Lichtanregung. Der Einfluss auf physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise die Reibung, bietet vielversprechendes Potenzial für zukünftige Anwendungen.
Das Projekt wurde im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS durchgeführt. Diese Kooperation unterstreicht die interdisziplinäre Natur der Forschung und deren Relevanz in verschiedensten technologischen Bereichen.