เมื่อไอน้ำควบแน่นภายในเส้นเลือดฝอยโดยธรรมชาติเพียง 1 นาโนเมตร มันทำงานตามสมการเคลวินอายุ 150 ปี ซึ่งท้าทายการคาดการณ์ว่าสูตรก่อนยุคควอนตัมนี้จะสลายตัวในระดับอะตอมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นี่คือการค้นพบของนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสมการยังคงใช้ได้แม้กับเส้นเลือดฝอยที่สามารถรองรับโมเลกุลของน้ำเพียงชั้นเดียว
การควบแน่นภายในเส้นเลือดฝอยมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ
และกระบวนการทางกายภาพหลายอย่าง รวมถึงความเสียดทาน การเกาะติด การหล่อลื่น และการกัดกร่อน ได้รับผลกระทบจากการควบแน่น สมการเคลวินซึ่งสัมพันธ์กับแรงตึงผิวของน้ำกับอุณหภูมิและเส้นผ่านศูนย์กลางของวงเดือน (ตามพารามิเตอร์อื่น ๆ ) คาดการณ์ว่าหากความชื้นแวดล้อมอยู่ระหว่าง 30–50% เส้นเลือดฝอยที่แบนราบสูงน้อยกว่า 1.5 นาโนเมตรจะเติมตามธรรมชาติ ด้วยไอน้ำที่ควบแน่นจากอากาศ
ในโลกแห่งความเป็นจริง เส้นเลือดฝอยอาจเล็กกว่านี้ด้วยซ้ำ ในระดับนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดความโค้งของวงเดือนของของเหลว ซึ่งหมายความว่าสมการเคลวินไม่ควรคงอยู่อีกต่อไป อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการกักขังที่แน่นหนาดังกล่าวเป็นเรื่องยากที่จะสร้างขึ้นใหม่ในห้องทดลอง นักวิจัยจึงไม่สามารถทดสอบสมมติฐานนี้ได้จนถึงขณะนี้
เส้นเลือดฝอยที่เล็กที่สุดที่เป็นไปได้ทีมแมนเชสเตอร์ที่นำโดยAndre GeimและQian Yangได้สร้างเส้นเลือดฝอยที่เล็กมากของพวกเขาโดยการประกบแถบกราฟีน (แผ่นคาร์บอนสองมิติ) อย่างพิถีพิถันระหว่างผลึกไมกาหรือกราไฟต์ที่แบนด้วยอะตอมโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการประกอบ van der Waals แถบกราฟีนทำหน้าที่เป็นตัวเว้นระยะและความหนาสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งช่วยให้เส้นเลือดฝอยที่มีความสูงต่างกันได้ บางส่วนมีความสูงเพียงอะตอมเดียว ซึ่ง Geim อธิบายว่าเป็นเส้นเลือดฝอยที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ทำให้โมเลกุลของน้ำเพียงชั้นเดียวไหลผ่านได้
การใช้กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู
Geim, Yang และเพื่อนร่วมงานได้ถ่ายภาพเส้นเลือดฝอยขณะเติมน้ำ ข้อมูลเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการควบแน่นของเส้นเลือดฝอยเป็นไปตามสมการเคลวินแม้ในโครงสร้างเล็กๆ เหล่านี้ “ผลลัพธ์ออกมาอย่างน่าประหลาดใจ” Yang กล่าว “เราคาดว่าสมการจะสลายอย่างสมบูรณ์เนื่องจากคุณสมบัติของการเปลี่ยนแปลงของน้ำในระดับนี้ โดยโครงสร้างของมันจะแยกเป็นชั้นๆ ชัดเจน”
ทำไมไม่มีการสลาย? ในระดับอะตอม Yang อธิบายว่านักวิจัยเขียนสมการเคลวินใหม่ในแง่ของวิธีที่โมเลกุลของน้ำในเฟสของก๊าซและของเหลวมีปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวที่เป็นของแข็ง (เช่น ผนังของเส้นเลือดฝอย) ในรูปแบบนี้ ปริมาณมหภาค เช่น มุมสัมผัสของน้ำกับผนังเส้นเลือดฝอย แรงตึงผิวของน้ำและความโค้งของวงเดือนทั้งหมดจะหายไปจากสมการ ซึ่งจะยังคงใช้ได้ตราบเท่าที่พลังงานของปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับผิวน้ำไม่ เปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด
ภาพแสดงอนุภาคก๊าซที่เคลื่อนที่ผ่านวัสดุ 2 มิติไหลลื่นในช่อง 2D“ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม สภาพจะแตกออกด้วยน้ำที่กักขังประมาณสี่ถึงห้าชั้น (ซึ่งมีความหนารวมน้อยกว่า 2 นาโนเมตร)” เธอบอกกับPhysics World “ภายใต้การกักขังที่แข็งแกร่งกว่า โครงสร้างน้ำเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง และพลังงานปฏิสัมพันธ์ (โดยหลักคือพลังงานพื้นผิวน้ำที่เป็นของเหลว) จะเปลี่ยนแปลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้” ในระบบการปกครองนี้ เห็นได้ชัดว่าสมการเคลวินควรล้มเหลว สาเหตุหลักมาจากการสั่นขนาดใหญ่ในความชื้นสัมพัทธ์ที่เกิดการควบแน่นเนื่องจากโครงสร้างชั้นของน้ำดังกล่าว
อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ทีมแมนเชสเตอร์พบก็คือ
การสั่นเหล่านี้ถูกกดทับอย่างรุนแรงโดยความยืดหยุ่นของผนังเส้นเลือดฝอย แม้ว่าผนังเหล่านี้จะปรับตำแหน่งน้อยกว่า 0.1 นาโนเมตรเพื่อตอบสนองต่อแรงกดดันสูง (สูงถึง 1,000 บาร์) ที่มีอยู่ระหว่างการควบแน่นของเส้นเลือดฝอยภายใต้ความชื้นแวดล้อม Yang กล่าวว่าการปรับขนาดเล็กนี้เพียงพอที่จะรองรับน้ำจำนวนเต็มเท่านั้น ชั้นโมเลกุล ด้วยเหตุนี้ เธอจึงสรุปว่า “สมการเคลวินยังคงใช้ได้จนถึงชั้นน้ำขังเดี่ยว”
ผลกระทบไม่เชิงเส้นในโครงสร้างระดับนาโนที่Latha Venkataramanและกลุ่มของเธอศึกษาที่โคลัมเบีย ผลกระทบทางกลของควอนตัมครอบงำ และอิเล็กตรอนทำตัวเป็นคลื่นมากกว่าอนุภาค คลื่นเหล่านี้สามารถรบกวนอย่างสร้างสรรค์หรือทำลายล้าง สำหรับคลื่นรบกวนเชิงสร้างสรรค์สองคลื่น แอมพลิจูดของคลื่นที่ได้จะมากกว่าผลรวมของคลื่นแต่ละคลื่น ในการรบกวนที่ทำลายล้าง คลื่นสองคลื่นสามารถหักล้างซึ่งกันและกันได้อย่างสมบูรณ์
นักวิจัยคาดการณ์ว่าผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นดังกล่าวควรอนุญาตให้สวิตช์โมเลกุลเดี่ยวแสดงอัตราส่วนขนาดใหญ่ของกระแส “เปิด” ถึง “ปิด” อย่างไรก็ตาม การสร้างทรานซิสเตอร์จากโมเลกุลเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย
ความท้าทายสำคัญประการหนึ่งคือการรั่วไหลในปัจจุบัน ในทรานซิสเตอร์ในอุดมคติ กระแสจะไหลในสถานะ “เปิด” เท่านั้น ในขณะที่สถานะ “ปิด” จะถูกบล็อก แม้ว่าอุปกรณ์จริงจะไม่ค่อยชัดเจนนัก Venkataraman อธิบายว่าปริมาณกระแสที่ไหลในสถานะเปิดและปิดจะต้องแตกต่างกันมาก มิฉะนั้น อุปกรณ์จะทำงานเหมือนท่อส่งน้ำรั่ว ซึ่งยากที่จะบอกได้ว่าวาล์ว (นั่นคือ สวิตช์เปิด-ปิด) เปิดหรือปิดอยู่
ดับกระแสอย่างแรงในสถานะปิดการออกแบบก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่สำหรับทรานซิสเตอร์ระดับโมเลกุลทำให้เกิดอุปกรณ์รั่วเนื่องจากใช้โมเลกุลสั้นซึ่งความแตกต่างระหว่างสถานะเปิดและปิดมีขนาดเล็ก
ในงานใหม่ของพวกเขา ทีมของ Venkataraman ใช้โมเลกุลโอลิโกเมอร์ฟลูออรีนความยาวหกนาโนเมตรที่สังเคราะห์โดยPeter Skabaraและกลุ่มของเขาที่กลาสโกว์แทน “เราสังเกตการขนส่งผ่านเส้นลวดโมเลกุลขนาด 6 นาโนเมตร ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าทึ่ง เนื่องจากแทบไม่มีการสังเกตการขนส่งข้ามเครื่องชั่งที่มีความยาวขนาดนั้น” เธออธิบาย “อันที่จริง นี่เป็นโมเลกุลที่ยาวที่สุดที่เราเคยวัดในห้องปฏิบัติการของเรา”
แหนบแสงสร้างโมเลกุลเดียวจากสองอะตอม โมเลกุลยังดักจับได้ง่ายระหว่างหน้าสัมผัสของโลหะ ทำให้สามารถสร้างวงจรโมเลกุลเดี่ยวที่เสถียรซึ่งคงแรงดันไฟฟ้าที่ใช้มากกว่า 1.5 V ได้ หน่วยเบนโซไทอะไดอะโซลส่วนกลางเพิ่มเติมช่วยเพิ่มการรบกวนที่ทำลายล้างระหว่างระดับพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ในโมเลกุลและอย่างแรง ลดกระแสไฟในสถานะปิดของอุปกรณ์ เพื่อลดการรั่วไหลของกระแสไฟ โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์นี้ทำให้ความสัมพันธ์ระหว่าง (อุโมงค์) กระแสและแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ไม่เชิงเส้นอย่างมาก Venkataraman กล่าว และสร้างอัตราส่วน 10 4ระหว่างกระแสเปิดและปิดสถานะ
Credit : 58niutu.com 8thinfantry.net abhiaditya.com actorsembassyny.com adipexdietpillguide.net
