El interés por el carbono y su uso en nuevas tecnologías es muy alto en este momento. Se va a realizar una gran cantidad de investigación y desarrollo comercial y académico para fabricar sistemas de tamaño nanométrico. En los últimos años, estos tipos de sistemas basados ​​en carbono han producido una gama de posibles propiedades comercialmente valiosas que incluyen superlubricidad, con fricción insignificante entre las hojas de grafema y las superficies de grafito, mientras que la superdifusión también se observó en simulaciones de nano-racimos de oro adsorbidos en grafeno.

Un área particularmente prometedora es el desarrollo de motores moleculares sintéticos basados ​​en carbono, Equivalentes artificiales de motores basados ​​en proteínas que se encuentran en el cuerpo y que impulsan procesos críticos como el tráfico intracelular y la división celular. Actualmente restringido al laboratorio, El uso potencial más amplio de estos motores a escala molecular se ve limitado en la actualidad por la falta de comprensión de la física y la química de la superficie de los sistemas de carbono a microescala. Esto está frenando el progreso en partes clave del motor, por ejemplo en el desarrollo de superficies que se deslizan unas sobre otras sin resistencia ni desgaste.

"En la actualidad, gran parte de la I + D en estos sistemas de carbono se está realizando a través de la química experimental sobre una base de prueba y error en lugar de diseñar estos sistemas de carbono desde los primeros principios, dice el Dr. Peter Fouquet, investigador de ILL, quien dirigió el estudio. "Esta situación ha sido difícil de resolver, ya que el nivel de análisis requerido para hacer predicciones precisas de las propiedades y la dinámica del sistema es bastante exigente y, como resultado, muchos de los mecanismos de la literatura no son correctos".

Para mejorar nuestra comprensión de estos sistemas, El Dr. Fouquet y su equipo han estado trabajando en un sistema de carbono relativamente simple, el benceno, para investigar su movimiento en una superficie. En 2009, el Dr. Fouquet, junto con colegas de la Universidad de Cambridge, publicaron un artículo que muestra que el movimiento del benceno puede describirse mediante un tipo de movimiento de superficie identificado por primera vez por Albert Einstein, llamada difusión browniana. Se relaciona con el movimiento aleatorio de partículas suspendidas en un fluido, líquido o un gas resultante de su colisión con los átomos o moléculas rápidos en el gas o líquido.

En su último estudio, el Dr. Fouquet y su equipo investigaron con más detalle el origen de este movimiento y cómo se ve afectado al alterar la temperatura del sistema entre 60K y más de 140K. así como cambios en la densidad molecular. Para realizar su análisis, el Dr. Fouquet y sus colegas utilizaron el espectrómetro TOF IN6 y el espectrómetro NSE IN11 en el Institut Laue-Langevin (ILL), así como el espectrómetro de retrodispersión OSIRIS en la fuente de neutrones ISIS, que cuando se combinan permitieron al equipo crear un modelo 2D detallado del sistema. "La ventaja de la dispersión de neutrones es que obtienes información sobre los intercambios de energía y los perfiles de tiempo al mismo tiempo que obtienes información sobre la escala de longitud en la que esto sucede, "dice el Dr. Fouquet.

En contraste con lo que se vio antes, el análisis reveló que la velocidad de difusión disminuyó sustancialmente cuando aumentamos la densidad de las partículas, lo que muestra que la difusión era casi como en un líquido teóricamente ideal donde la desaceleración ocurre solo al chocar entre partículas. El equipo también encontró la primera evidencia de una conversión a un comportamiento superdifusivo (difusión con fricción insignificante) a las densidades de benceno más bajas.

"Este trabajo nos ha brindado nuevos conocimientos sobre la naturaleza de la difusión y los orígenes de la fricción", dice el Dr. Fouquet. "El nuevo, Un modelado más preciso de estos procesos ayudará a la búsqueda de componentes básicos de baja fricción en nanotecnología. incluidos los hechos de carbono. Desde un punto de vista de la física más fundamental, lo que hemos creado aquí, un sistema 2D de gas de tostado casi perfecto, es también un sistema de prueba brillante para investigar la física simple de las partículas en colisión ".