Físicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, junto con colegas de Düsseldorf, Gotemburgo, Lyngby y Trieste, han desarrollado una solución ingeniosa para separar nanocomponentes enlazados.

Su idea es sumergir los nanocomponentes en un solvente cerca de su punto crítico. En la configuración experimental, lograron separar los componentes de manera controlable cambiando solo la temperatura del solvente. Los autores presentan su exitoso experimento en Física de la naturaleza.

Los componentes se separan en el punto crítico de la solución

“Estábamos buscando una solución para eliminar la fricción estática indeseable de los componentes individuales en un sistema nano electromecánico (NEMS) que se frotan entre sí”, explica el Dr. Falko Schmidt del Instituto de Física Aplicada de la Universidad de Jena. Este fricción estática se llama fricción estática, un compuesto de los términos estático y fricción, causado por lo que se llama fuerzas de Casimir cuántico-electrodinámicas.

Estas fuerzas son el resultado de fluctuaciones e inevitablemente hacen que los componentes se peguen entre sí. Los investigadores desarrollaron un método para revertir este efecto sumergiendo los componentes en una solución crítica, una mezcla de agua y aceite, en la que también se producen fluctuaciones. La fuerza de estas fluctuaciones se puede controlar con precisión cambiando la temperatura.

“La característica especial aquí es que no suprimimos las fluctuaciones originales, sino que las reemplazamos por otras mucho más fuertes”, dice Falko Schmidt. El efecto deseado se logró en el experimento con la ayuda de un objetivo de microscopio calentable.

Los investigadores pudieron sostener un nanoflake de oro sobre un sustrato metálico estructurado. Normalmente, el copo de oro se adherirá al sustrato.

Cuando el líquido circundante se acerca al punto crítico, el rango de temperatura en el que se segregan el agua y el aceite, las fluctuaciones son tan fuertes que se evita la fricción estática. El grupo de investigación concluye que esto podría ser tan efectivo que los componentes unidos podrían separarse y volverse a mover.

Un largo camino para resolver un problema obvio

El Dr. Falko Schmidt realizó los experimentos cuando aún estaba en la Universidad de Gotemburgo, donde también desarrolló nuevos métodos experimentales que finalmente lo llevaron al éxito. “Rápidamente se nos ocurrió la idea de este proyecto, ya que este problema era claramente evidente en la nanofabricación”, dice Schmidt. Sin embargo, el camino hacia la solución fue largo. Fue el enfoque de dominar el efecto Casimir crítico con el efecto Casimir cuántico-electrodinámico lo que finalmente prevaleció.

El objetivo es aplicar la idea de liberar sistemas micro y nanoelectromecánicos de bloqueos por fricción en el futuro, lo que hace posible seguir desarrollando nuevos nanocomponentes eficaces orientados a funciones.