I ricercatori hanno dimostrato come i principi delle onde anomale, enormi onde di 30 metri che si formano inaspettatamente nell'oceano, possano essere applicati su scala nanometrica, con decine di applicazioni dalla medicina alla produzione.
Considerate a lungo un mito, le onde anomale colpiscono da ambienti relativamente calmi, distruggendo piattaforme petrolifere e navi sul loro cammino. A differenza degli tsunami, le onde anomale si formano dalla combinazione casuale di onde più piccole nell'oceano, creando un evento molto raro.
Negli ultimi anni sono state condotte molte ricerche sulle onde anomale, ma ora, per la prima volta, gli scienziati stanno mostrando come queste possano essere applicate su scala molto più piccola, ovvero nanometricamente. Un nanometro è un milione di volte più piccolo dello spessore della pagina di un libro. Si tratta di un approccio completamente nuovo al comportamento dei liquidi su scala nanometrica, pubblicato come Lettera in Physical Review Fluids .
I buchi e le protuberanze causate dalle onde anomale possono essere manipolati per produrre spontaneamente modelli e strutture da utilizzare nella nanoproduzione (produzione su scala di un miliardesimo di metro). Ad esempio, i modelli formati secondo cui la rottura di pellicole liquide possono essere utilizzati per costruire circuiti microelettronici, che potrebbero essere utilizzati nella produzione di componenti a basso costo delle celle solari. Inoltre, il comportamento dei sottili strati liquidi potrebbe aiutare a spiegare perché milioni di persone in tutto il mondo soffrono di secchezza oculare. Ciò si verifica quando il film lacrimale che copre l'occhio si rompe.
Attraverso simulazioni dirette di molecole e nuovi modelli matematici, lo studio condotto dall'Istituto di Matematica dell'Università di Warwick ha scoperto come gli strati nanoscopici di liquido si comportano in modi controintuitivi. Mentre uno strato di caffè versato su un tavolo può rimanere apparentemente immobile, su scala nanometrica il movimento caotico delle molecole crea onde casuali sulla superficie di un liquido.
Un evento raro si verifica quando queste onde cospirano per creare una grande "nanoonda anomala" che irrompe attraverso lo strato e crea un buco. La nuova teoria spiega sia come che quando si forma questo buco, fornendo nuove informazioni su un effetto precedentemente imprevedibile, prendendo come modello matematico i grandi cugini oceanici.
Il team di ricercatori è entusiasta del potenziale di questa ricerca in diversi settori; le applicazioni sono di vasta portata.
Il professor James Sprittles, dell'Istituto di Matematica dell'Università di Warwick, ha dichiarato:"Siamo stati entusiasti di scoprire che i modelli matematici originariamente sviluppati per la fisica quantistica e recentemente applicati per prevedere le onde oceaniche anomale sono cruciali per prevedere la stabilità degli strati nanoscopici di liquidi."
"In futuro, speriamo che la teoria possa essere sfruttata per abilitare una serie di nanotecnologie, dove manipolare quando e come gli strati si rompono è cruciale. Potrebbero esserci anche applicazioni in aree correlate, come il comportamento delle emulsioni, ad esempio negli alimenti o nelle vernici , dove la stabilità dei film liquidi sottili ne determina la durata di conservazione."
La ricerca è pubblicata sulla rivista Physical Review Fluids .
Ulteriori informazioni: James E. Sprittles et al, Rogue nanowaves:un percorso verso la rottura della pellicola, Physical Review Fluids (2023). DOI:10.1103/PhysRevFluids.8.L092001
Fornito dall'Università di Warwick
