Kvarkadabrin fokus: interakcije na nanoskali

    Pridevnik “nano” je zadnjih let kar precej moden, marsikje namreč lahko beremo o nanotehnologiji, nanosvetu, nanodelcih,… Nič čudnega, saj porajajoča se nanotehnologija obeta vrsto uporabnih aplikacij. A kakšna je fizika v nanosvetu, katere sile so pomembne, katere zanemarljive? O tem govori pregledni članek, ki ga je prof. dr. Rudolf Podgornik skupaj s sodelavci pred kratkim objavil v prestižni reviji Reviews of Modern Physics. Članek postavljamo v tokratni Kvarkadabrin fokus, prof. Podgornika z Instituta Jožef Stefan, Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, Medicinske fakultete Univerze v Ljubljani in z National Institutes of Health, Bethesda, MD, ZDA, pa smo naprosili da odgovori na spodnja vprašanja.

    Kaj? (Referenca)
    Roger H. French, V. Adrian Parsegian, Rudolf Podgornik et al. Long Range Interactions in Nanoscale Science, Reviews of Modern Physics, 82, 1887-1944 (2010).

    Kdo? (Avtorji)
    Avtorji so praktično vsi, ki na področju molekularnih interakcijs kaj pomenijo. Roger H. French, V. Adrian Parsegian, Rudolf Podgornik, Rick F. Rajter, Anand Jagota, Jian Luo, Dilip Asthagiri, Manoj K. Chaudhury, Yet-ming Chiang, Steve Granick, Sergei Kalinin, Mehran Kardar, Roland Kjellander, David C. Langreth, Jennifer Lewis, Steve Lustig, David Wesolowski, John S. Wettlaufer, Wai-Yim Ching, Mike Finnis, Frank Houlihan, O. Anatole von Lilienfeld, Carel Jan van Oss, Thomas Zemb.

    Kje? (“slovenska”, “evropska” ali “svetovna” raziskava?)
    Članek predstavlja povzetek kolektivnega svetovnega trenutnega razumevanja molekularnih interakcij na nanoskali, tako kar se tiče fundamentalnih načel kot tudi uporabe in tehnologij.

    Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu…?)
    Čeprav ponavadi za fundamentalne interakcije pojmuje tiste sile, ki nastopajo v fiziki osnovnih delcev in v astrofiziki – močna jedrska, šibka jedrska, elektromagnetna in gravitacijska sila – pa dejansko svet in makroskopsko snov okrog nas držijo skupaj druge vrste interakcij, ki izhajajo zgolj iz elektromagnetne sile. Te interakcije so posledica vezanih nabojev in tokov v snovi, ter njihovih fluktuacij. Pod fluktuacijami pojmujemo mikroskopski ples nabojev v snovi, ki je posledica končne temperature pa tudi kvantne mehanike. Globoko v notranjosti snovi, med atomi in molekulami, namreč nič ne miruje. Heraklitov “panta rhei” pomeni, da se molekule in atomi vrtijo, nihajo in skačejo, kot da bi bili živi. Deloma plešejo zato, ker jim ukazuje kvantna mehanika, da ne smejo biti v absolutnem mirovanju, deloma pa zato, ker končna temperatura vodi do mikroskopskega tresenja snovi, ki ga zaznavamo kot toploto. Fluktuacije so tako pomembne, da sile ki sledijo iz povezovanja elektromagnetnizma in fluktuacij zaslužijo posebno ime: imenujemo jih van der Waalsove sile, disperzijske sile oziroma elektrodinamske sile. Richard Feynman, ki je leta 1959 prvi predvidel možnost nanotehnologij, je že takrat opozoril, da na nanoskali postanejo najpomembnejše ravno te, fluktuacijske van der Waalsove sile, zato smo se jim večinoma tudi posvetili v tem članku.

    Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
    Tolikšno število avtorjev v fiziki snovi ni običajno, v nasprotju s fiziko osnovnih delcev, kjer je to skoraj standardno. Koordinacija vseh prispevkov različnih avtorjev je bila izjemno naporna in je narekovala vzpostavitev nekakšnega notranjega uredniškega odbora, ki je dejansko napisal skupno verzijo. Ta notranji uredniški odbor so sestavljali prvi trije avtorji članka.

    Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
    Osebno me trenutno najbolj zanimajo interakcije med ogljikovimi nanocevkami in grafenskimi ravninami. Na obeh problemih delam intenzivno in mislim, da smo že odkrili vrsto zelo zanimivih pojavov, ki se tičejo interakcij med njimi. Nekatera od teh odkritij so že zrela za objavo.

    Deli