“Chuyển động Brown là một khái niệm rất xưa cũ. Định luật giải thích nó đã được Albert Einstein thiết lập cách đây một thế kỉ trước. Tuy nhiên, chúng tôi đang tìm thấy cái gì đó có phần khác với những thứ đã biết trong những năm tháng này” – phát biểu của nhà khoa học Klaus Kroy. Chuyển động Brown là chuyển động ngẫu nhiên của các hạt nhỏ hòa tan trong một chất lỏng hoặc chất khí. Nó là kết quả của các va chạm của các hạt với các phân tử dung môi.
Các hạt nano bị nung nóng “tỏa sáng” trong dung môi của chúng. Ảnh: Daniel Rings
Kroy là một nhà vật lí lí thuyết tại trường Đại học Leipzig, Đức. Cùng với người đồng nghiệp thực nghiệm của ông, Frank Cichos, cũng làm việc tại trường đại học trên, ông đã nghiên cứu chuyển động Brown phi cân bằng của các hạt nano nóng, cái gọi là “chuyển động Brown nóng”. Công trình của đội nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Khi Einstein viết bài báo mầm của ông hồi năm 1905, ông đã giả sử rằng một hạt sẽ ở nhiệt độ bằng với dung môi. Tuy nhiên, bài báo này không xét đến một hạt bị làm nóng ảnh hưởng như thế nào đến dung môi xung quanh. Đối với những ai thích bẫy hoặc theo dõi các hạt nano bằng ánh sáng, thì quan điểm này của Einstein cần xem xét lại vì các hạt nóng lên là do sự hấp thụ quang.
Kroy, Cichos cùng các đồng nghiệp của họ đã sử dụng một laser tâp trung để làm nóng các hạt nano vàng lơ lửng trong nước và quan sát cái xảy ra. Kết quả thí nghiệm cho thấy tính nhớt và nhiệt độ “cảm nhận” bởi hạt nano đã làm nóng không phải là các điều kiện mặt. Thay vào đó, các giá trị liên hệ với chuyển động Brown nóng cần phải tính ra trên toàn thể dung môi, đúng như tiên đoán của lí thuyết mới do đội nghiên cứu đặt ra.
Sử dụng lí thuyết này, người ta có thể điều khiển và thao tác chính xác lên cách thức các hạt nano chuyển động bên trong chất lỏng. “Chúng tôi chỉ rõ làm thế nào sử dụng nhiệt độ để tăng tốc các hạt trong chất lỏng. Chuyển động Brown đang thực hiện mọi tác dụng, nhưng chúng tôi có thể sử dụng một laser nhắm vào các hạt để làm thay đổi tốc độ mà chúng đang di chuyển”, Cichos nói.
Một trong những cách lèo lái chuyển động là làm cho các hạt bất đối xứng có vàng chỉ ở trên một mặt của nó. “Một cú hích nhiệt đến từ phía bên kia”, Cichos giải thích, “và điều này có thể khai thác để làm di chuyển các hạt bằng một laser”. Tương tự, các nhóm nghiên cứu khác đã khai thác sự nóng lên của các hạt nano bám dính vào một màng sinh chất để linh động hóa chúng. “Thủ thuật trên cũng sẽ hoạt động với các chất nền băng giác khác có thể tan chảy bởi nhiệt phát ra từ hạt nano”, Cichos nói.
Sinh học mang lại những cơ hội rộng lớn cho các ứng dụng của các công nghệ nhiệt quang mới. Nhiều nhà nghiên cứu trong ngành sinh học sử dụng các hạt nano làm chất đánh dấu chỉ thị. Có thể gắn chúng với các phân tử sinh học hoặc các cơ quan tế bào, và có thể theo dõi sự vận chuyển của chúng bên trong tế bào, hoặc bất cứ nơi nào khác trong một cơ thể sống. “Tuy nhiên, bạn cần thiết phải có thể thấy những hạt nhỏ bé này”, Cichos nói. Tại trường Đại học Leipzig, đội nghiên cứu đã điều biến nhiệt của laser để làm cho các hạt nano “tỏa sáng” một cách tuần hoàn. Nó hoạt động giống như một ngọn hải dăng, cho nên có thể phát hiện ra các hạt hầu như không có tín hiệu nhiễu nền xung quanh, mang lại một giải pháp thay thế cho một số phương pháp hiện nay để làm cho các chất đánh dấu sinh học trở nên trông thấy được.
Một lợi ích khác của những phát triển mới ở Đức là thực tế chúng mang lại cơ sở cho một phép phân tích định lượng của mọi thí nghiệm sử dụng ánh sáng để giam cầm các hạt. “Việc bẫy các hạt nano với nhíp quang đã trở nên ngày một phổ biến trong nhiều thí nghiệm và ứng dụng”, Kroy phát biểu. “Nhưng để thu được sự điều khiển chính xác đối với kĩ thuật này, trước tiên chúng ta cần phải hiểu rõ làm thế nào các hạt nóng chuyển động. Đây là nguyên do vì sao chúng tôi đang rọi thêm ánh sáng vào chuyển động Brown, chứng tỏ vẫn còn nhiều thứ cần phải học hỏi nữa”.
Nguồn: PhysOrg.com
