p Os pesquisadores relatam que é possível mover uma nanopartícula na superfície de uma folha de grafeno aplicando uma diferença de temperatura nas extremidades da membrana - um nanocluster na superfície irá derivar da região quente para a fria. Além disso, contrário às leis físicas da macroescala, a força que atua sobre a partícula - a chamada força termoforética - não deve diminuir à medida que o comprimento da folha aumenta, em vez de ostentar o chamado comportamento balístico, como uma bala no cano de uma arma. Na verdade, simulações mostram que as oscilações térmicas verticais da membrana de grafeno fluem balisticamente do quente para o frio, fornecendo um push para o objeto. p Para usar outra analogia, essas ondas verticais, conhecidos como fônons flexurais, empurre o nanocluster da mesma forma que as ondas do mar empurram uma prancha de surf para a costa, não importa quão longe a onda veio. Essas previsões teóricas podem ser de grande interesse na manipulação de materiais em nanoescala. A pesquisa foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences .

p "Gradientes de temperatura em um fluido transmitem a um corpo uma força que pode deslocá-lo. Tal fenômeno, tecnicamente conhecido como termoforese, é conhecido há séculos. Mais recentemente, simulações numéricas indicaram que tal deslocamento espacial induzido por gradiente também funciona para moléculas ou pequenos aglomerados colocados em uma membrana bidimensional sólida como o grafeno. Mas ninguém jamais tentou entender a física por trás do processo. Este foi o objetivo do nosso estudo, "explicam os cientistas.

p Usando um software específico, os pesquisadores simularam o comportamento de um minúsculo nanocluster de ouro, feito de algumas centenas de átomos, adsorvido em uma folha de grafeno suspensa entre duas extremidades com temperaturas diferentes.

p "Em tal condição, a partícula realmente se move da extremidade quente para a extremidade fria. Surpreendentemente, no entanto, o empuxo impresso depende apenas do gradiente térmico e não do comprimento da folha, "dizem os pesquisadores. Assim, é mostrado que a distância entre as duas extremidades da membrana não tem influência na força que atua no aglomerado de ouro - essa força permanece constante até e além de um comprimento de folha de 100 nanômetros.

p "Chamamos essa termoforese peculiar de balística, para distingui-lo do difusivo, que naturalmente se aplica ao mundo macroscópico. Usando uma metáfora simples, imagine as duas extremidades da folha de grafeno como a parte superior e a parte inferior de um slide no playground, e a diferença de temperatura como a diferença de altura. No mundo macroscópico que experimentamos na vida cotidiana, quanto mais próximas as extremidades do slide estão, mais rápida será a queda do objeto. No nanomundo, de acordo com nossas simulações, não é isso que acontece. Nesta escala, a força e a velocidade de queda dependem apenas do gradiente de temperatura. Mas não na distância ... Descobrimos que a força experimentada pela partícula é devido a movimentos térmicos verticais, conhecidos como fônons flexurais, que são particularmente largos e macios em uma membrana de grafeno. O fluxo de fônons flexurais flui do quente para o frio sem perder força e empurrar o objeto sobre a superfície, "escrevem os cientistas.

p Como essas ondas térmicas verticais podem dar um impulso horizontal ao aglomerado de ouro? "Nosso estudo mostra que um mecanismo anarmônico preciso desempenha um papel crucial no grafeno e em outras membranas flexíveis bidimensionais. Este mecanismo fornece fônons flexurais com momento mecânico, que eles geralmente não têm. Agindo como se carregassem uma massa, fônons transferem parte de seu momentum para a partícula de ouro, induzindo-o a se mover ... É exatamente como uma toalha de mesa em uma mesa - uma ondulação no centro (os fônons flexurais), significando maior densidade de tecido no centro, força os extremos a se contraírem (os fônons longitudinais, no caso do grafeno). A partícula depositada é apenas sensível à ondulação, que o empurra para frente. "

p Os autores concluem, "Quando este projeto começou, não esperávamos ser capazes de observar tamanha variedade de fenômenos, foi um estudo puramente teórico. Nossos resultados, no entanto, abrir o caminho para experiências futuras, como uma força mecânica independente da distância poderia muito bem possuir aplicações práticas. "