Araştırmacılar, karbon nanotüplerde suyun akışını anlamaya çalışırken klasik akışkanlar mekaniğinin nanoskopik ölçekte yetersiz kaldığını fark ettiler. Su, karbon nanotüpler içinde çok düşük sürtünmeyle, neredeyse “kayarak” akıyor. Bu, kuantum mekaniksel etkileşimlerden kaynaklanan “kuantum sürtünmesi” denilen yeni bir fenomenle açıklanıyor.

Normalde, bir sıvının bir boru içinde akarken karşılaştığı sürtünme, borunun çapı küçüldükçe sabit kalmalıdır. Ancak karbon nanotüplerde yapılan deneyler, çap küçüldükçe sürtünmenin azaldığını ve suyun daha hızlı aktığını gösterdi. Özellikle nanotüplerin çapı 100 nanometreden küçük olduğunda, sürtünme önemli ölçüde azalıyor ve nanotüpler “kaygan” hale geliyor. Fakat bor nitrürden yapılan nanotüplerde bu etki görülmedi, ki bu da karbon nanotüplerin elektron yapısıyla ilgili bir durum olduğuna işaret etti. Grafit gibi malzemeler, elektronların birbirleriyle etkileşim kurduğu plazmonlar içeriyor, bu da suyun akışını yavaşlatan bir sürtünme yaratıyor. Tek katmanlı grafen ise bu tür plazmonlar içermediğinden su, grafen yüzeyinde daha hızlı akıyor.

Kuantum sürtünmesi, su moleküllerinin polar yapısıyla karbon nanotüplerin elektron hareketleri arasındaki rezonans etkileşimden kaynaklanıyor. Bu etkileşim, suyun nanotüp içinde akarken momentumunun plazmonlara aktarılmasına ve böylece akışın yavaşlamasına yol açıyor. İlginç olan, bu sürtünme etkisinin doğrudan temas gerektirmemesi, yani su ile nanotüp arasında ince bir boşluk olsa bile etkili olması.

Bu keşifler, su arıtma, enerji üretimi, nanofluidik teknolojiler ve nanomakineler gibi birçok alanda devrim niteliğinde uygulamalar için yeni fırsatlar sunuyor. Özellikle, akışkanların kuantum mekaniksel etkiler kullanılarak daha verimli bir şekilde kontrol edilebileceği veya enerji üretimi için kullanılabileceği düşünülüyor. Ayrıca, bu etkileşimler sayesinde nanoskopik ölçekte pompalar, valfler ya da akış sensörleri gibi yenilikçi cihazlar geliştirilebilir.