p O interesse pelo carbono e seu uso em novas tecnologias é muito alto agora. Muita pesquisa e desenvolvimento comerciais e acadêmicos estão sendo feitos para fazer sistemas do tamanho de nanômetros a partir dele. Nos últimos anos, esses tipos de sistemas baseados em carbono produziram uma gama de propriedades potenciais comercialmente valiosas que incluem superlubricidade, com atrito insignificante entre as folhas de grafema e as superfícies de grafite, enquanto a superdifusão também foi observada em simulações de nano-clusters de ouro adsorvidos em grafeno. p Uma área particularmente promissora é o desenvolvimento de motores moleculares sintéticos à base de carbono, equivalentes feitos pelo homem de motores baseados em proteínas encontrados no corpo que alimentam processos críticos, como o tráfego intracelular e a divisão celular. Atualmente restrito ao laboratório, o uso potencial mais amplo desses motores em escala molecular é hoje limitado por uma falta de compreensão da física de superfície e da química dos sistemas de carbono em escala micro. Isso está impedindo o progresso em peças-chave do motor, por exemplo, no desenvolvimento de superfícies que deslizam umas sobre as outras sem qualquer resistência ou desgaste.

p "No momento, muito da P&D nesses sistemas de carbono está sendo feito por meio de química experimental em uma base de tentativa e erro, em vez de projetar esses sistemas de carbono a partir dos primeiros princípios, diz o pesquisador do ILL, Dr. Peter Fouquet, quem conduziu o estudo. "Esta situação tem sido difícil de resolver porque o nível de análise necessário para fazer previsões precisas das propriedades e dinâmica do sistema é bastante exigente e, como resultado, muitos dos mecanismos da literatura não estão corretos."

p Para melhorar nossa compreensão desses sistemas, O Dr. Fouquet e sua equipe têm trabalhado em um sistema de carbono relativamente simples - benzeno - para investigar seu movimento em uma superfície. Em 2009, Dr. Fouquet, juntamente com colegas da Universidade de Cambridge publicou um artigo mostrando que o movimento do benzeno pode ser descrito por um tipo de movimento de superfície identificado pela primeira vez por Albert Einstein, chamada difusão browniana. Relaciona-se ao movimento aleatório de partículas suspensas em um fluido, líquido ou um gás resultante de sua colisão com os átomos rápidos ou moléculas do gás ou líquido.

p Em seu último estudo, o Dr. Fouquet e sua equipe investigaram com mais detalhes a origem desse movimento e como ele é afetado pela alteração da temperatura do sistema entre 60K para mais de 140K, bem como mudanças na densidade molecular. Para realizar sua análise, o Dr. Fouquet e seus colegas usaram o espectrômetro TOF IN6 e o ​​espectrômetro NSE IN11 no Institut Laue-Langevin (ILL), bem como o espectrômetro de retroespalhamento OSIRIS na fonte de nêutrons ISIS, que, quando combinados, permitiram que a equipe criasse um modelo 2D detalhado do sistema. "A vantagem do espalhamento de nêutrons é que você obtém informações sobre trocas de energia e perfis de tempo ao mesmo tempo em que obtém informações sobre a escala de comprimento em que isso acontece, "diz o Dr. Fouquet.

p Em contraste com o que foi visto antes, a análise revelou que a velocidade de difusão diminuiu substancialmente quando aumentamos a densidade das partículas - mostrando que a difusão era quase como em um líquido teoricamente ideal onde a desaceleração ocorre apenas na colisão entre as partículas. A equipe também encontrou a primeira evidência de uma conversão para comportamento superdifusivo (difusão com atrito desprezível) nas densidades mais baixas de benzeno.

p "Este trabalho nos deu novos insights sobre a natureza da difusão e as origens do atrito", diz o Dr. Fouquet. "O novo, modelagem mais precisa desses processos ajudará na busca de blocos de construção de baixa fricção em nanotecnologia, incluindo aqueles feitos de carbono. De um ponto de vista da física mais fundamental, o que criamos aqui, um sistema 2D de gás de escurecimento quase perfeito, também é um sistema de teste brilhante para investigar a física simples de partículas em colisão. "