研究透视：单壁碳纳米管-量子摩擦 | Nature

本文报道了一项关于单壁碳纳米管在水中产生光诱导量子摩擦的研究。背景方面，摩擦现象普遍存在于宏观与微观体系，而量子摩擦描述液体与固体电子之间直接的动量传递，但此前难以通过实验观测。研究目的是探究单壁碳纳米管在水环境中的量子摩擦效应及其机制。结论显示，实验观测到水溶液中功能化单壁碳纳米管的扩散系数随激发光功率升高呈线性下降，降幅约50%；当碳纳米管存在量子缺陷、激子被局域化后，该效应消失。通过化学手段调控激子浓度可使扩散系数最大发生两倍变化。光泵浦-太赫兹探测光谱表明，体系首先出现约30 cm⁻¹频段的瞬时响应，对应激子与水分子德拜模的直接耦合；随后在大于100cm⁻¹的水分子氢键网络分子间平动模频段出现持续百皮秒以上的响应。经典分子动力学模拟证实激子的振荡电偶极矩会产生摩擦作用力。该研究证实了单壁碳纳米管激子与水分子之间的光诱导量子摩擦，证明电子激发态可用于调控纳米尺度运动与流体特性。