ナノ流体工学: 水中のカーボンナノチューブの光誘起量子摩擦(Nature)

普段、私たちの周りにある水は、サラサラ流れるものからドロドロ流れるものまで、その「粘り気」は様々ですよね。この粘り気は、液体がどれだけ抵抗なく流れるかを示すもので、例えばハチミツは水よりもずっと粘り気が強いです。この度、科学の世界で、この「粘り気」にまつわる、ちょっと不思議な現象が明らかになりました。

研究者たちが注目したのは、「カーボンナノチューブ」という、炭素原子だけでできた、髪の毛よりもずっと細い筒状の物質です。そして、このカーボンナノチューブを水の中に入れて、さらに「光」を当ててみたのです。すると、驚くべきことが起こりました。光を浴びたカーボンナノチューブの周りで、まるで粘り気が増したかのような、動きがゆっくりになる現象が見られたのです。

この現象の鍵となるのが、「量子摩擦」という、ちょっと聞き慣れない言葉です。これは、目に見えないほど小さな世界、つまり「量子」のレベルで起こる摩擦のようなものだと考えてください。今回の研究では、光によってカーボンナノチューブの中に生まれた特別な状態（励起子）が、周りの水分子に「運動量」、つまり動きの勢いをそっと手渡すことで、カーボンナノチューブ自体の動きが抑えられることが分かりました。例えるなら、勢いよく走っている人が、周りの人にそっと肩を押されてスピードを落とすようなイメージです。

この「運動量のやり取り」が、結果として水の「見かけの粘度」を増やす、つまり、カーボンナノチューブの周りの水が、一時的にドロドロになったように見える、というわけです。これは、これまであまり知られていなかった、光と物質、そして水分子が織りなす、ナノスケールの面白い相互作用と言えるでしょう。

この発見は、単に不思議な現象を見つけた、というだけでなく、将来の技術開発にもつながる可能性を秘めています。例えば、非常に精密なセンサーを作ったり、薬を効率よく体内に届けたりする技術など、ナノスケールでの物質の動きを自在にコントロールする必要がある分野で、この「量子摩擦」の原理が役立つかもしれません。まだまだ研究の始まったばかりの分野ですが、私たちの身の回りの「水」という身近な物質が、光を浴びることで、こんなにもダイナミックに振る舞うとは、まさに科学の面白さですね。