Exotisches Paar: Werden Wasser und Graphen kombiniert, kommt es zu einzigartigen Wechselwirkungen wie der Quantenreibung. Jetzt enthüllt ein Experiment, was hinter diesem Phänomen steckt und wie es sich auf atomarer Ebene auswirkt. Demnach gibt es einen nur bei Wassermolekülen beobachtbaren Resonanzeffekt zwischen den Molekülschwingungen und den Schwingungen der Graphenelektronen. Dies ermöglicht einen direkten Energieaustausch und erzeugt die exotischen Effekte, wie Physiker in „Nature Nanotechnolgy“ berichten.
Wasser und Graphen sind beides Materialien mit exotischen Eigenschaften: Wasser verblüfft durch Phänomene wie die Dichteanomalie, exotische Zustände und mehr als ein Dutzend verschiedener Eis-Gitterstrukturen. Das einlagige Kohlenstoffmaterial Graphen zeigt dagegen ungewöhnliche mechanische und elektronische Eigenschaften, darunter auch die Supraleitung.
Quantenreibung: Interaktion mit Elektronen statt nur dem Atomgitter
Noch exotischer aber wird es, wenn man beide Materialien miteinander kombiniert: Wasser strömt auf einer Kohlenstoffoberfläche oder in Kohlenstoff-Nanoröhrchen schneller als es eigentlich dürfte. Aber warum? Einer neuen Theorie zufolge kommt es beim Kontakt von Wasser mit Kohlenstoff zu einer besonderen Art der Interaktion, der sogenannten Quantenreibung. Bei dieser treten die Wassermoleküle mit den Elektronen des Kohlenstoffgitters in eine Resonanz und tauschen Energie aus.
Das Besondere daran: Normalerweise interagieren Flüssigkeiten und Festkörper nur über die Gitterschwingungen des Festkörpers, die sogenannten Phononen. Über sie gibt beispielsweise eine heiße Oberfläche ihre Wärmeenergie an das umgebende Wasser ab und heizt es auf. Für die ebenfalls angeregten Elektronen des Festkörpers sind die Flüssigkeitsmoleküle dagegen „blind“ – mit ihnen können sie nicht direkt wechselwirken. Nur beim Wasser scheint dies anders zu sein, so zumindest die theoretische Annahme.
