(PhysOrg.com) -- Le transizioni di fase -- i cambiamenti della materia da uno stato all'altro senza alterare la sua composizione chimica -- sono una parte importante della vita nel nostro mondo tridimensionale. L'acqua cade a terra come neve, si scioglie in un liquido e alla fine vaporizza di nuovo nelle nuvole per ricominciare il ciclo.

Ora un team di scienziati ha escogitato un nuovo modo per esplorare come funzionano tali transizioni di fase in meno di tre dimensioni ea livello di pochi atomi. Sperano che la tecnica sia utile per testare aspetti di quella che fino ad ora è stata fisica puramente teorica, e sperano che possa anche avere applicazioni pratiche per rilevare condizioni su scale molto piccole, come in una membrana cellulare.

Hanno lavorato con nanotubi di carbonio a parete singola, estremamente sottile, strutture cave di grafite che possono essere così minuscole da essere quasi unidimensionali, studiare il comportamento di transizione di fase degli atomi di argon e krypton.

"La fisica può essere molto diversa in meno di tre dimensioni, "ha detto David Cobden, un professore associato di fisica presso l'Università di Washington e corrispondente autore di un articolo che descrive il lavoro pubblicato venerdì (29 gennaio) in Scienza .

Coautori, tutto dall'UW, sono Zenghui Wang, Jiang Wei, Pietro Morse, J. Gregory Dash e Oscar Vilches.

Per le loro osservazioni, il gruppo ha utilizzato nanotubi di carbonio, cilindri microscopici che hanno un certo spessore ma sono molto vicini all'essere unidimensionali.

Le transizioni di fase modificano la densità degli atomi. In forma di vapore, ci sono meno atomi e sono impacchettati in modo lasco. Il liquido ha più atomi e sono più compatti. Il solido è un cristallo formato da atomi molto fitti. Per determinare la fase degli atomi di argon e kripton, i ricercatori hanno usato il nanotubo di carbonio in modo molto simile a una corda di chitarra tesa su un tasto. Un vicino pezzo di metallo conduttore ha applicato una forza elettrica per far oscillare la corda, e gli scienziati hanno misurato la corrente per "ascoltare" mentre la frequenza di vibrazione cambiava:una massa maggiore di atomi che si attaccavano alla superficie del nanotubo produceva una frequenza inferiore.

"Ascolti questa nano chitarra e man mano che il tono scende sai che ci sono più atomi che si attaccano alla superficie, " Ha detto Cobden. "In linea di principio puoi sentire un atomo atterrare sul tubo - è così sensibile".

I ricercatori hanno anche scoperto che la resistenza elettrica del nanotubo cambiava quando gli atomi di krypton si attaccavano alla superficie.

Nel futuro, gli scienziati sperano di poter vedere come gli atomi, mentre popolano il nanotubo di carbonio, reagiscono tra loro attraverso varie transizioni di fase, e anche come interagiscono con la pura grafite di carbonio del nanotubo. Si aspettano di vedere alcune differenze significative negli esperimenti che si avvicinano a una dimensione da quelli a due o tre dimensioni.

"Per esempio, la materia può congelare in 3-D e in 2-D, ma in teoria non dovrebbe congelarsi in 1-D, " ha detto Cobden.

Oltre a fornire un banco di prova per le teorie fisiche, il lavoro potrebbe essere utile anche per applicazioni di rilevamento, come misurazioni su nanoscala in vari ambienti fluidi, esaminando le funzioni all'interno delle membrane cellulari o sondando all'interno dei nervi.

"I nanotubi ti permettono di sondare le cose a livello subcellulare, " ha detto Cobden.