スウェーデンのチャルマーズ工科大学の科学者らが、塩水中の金フレークを使用したシンプルな光学プラットフォームを作成し、ナノスケールでの量子力と静電力の可視化を実現しました。これらの力は「自然の目に見えない接着剤」と形容され、小さな物体を結合し、バイオセンサー、医薬品、さらには銀河形成の進歩に役立つ可能性があります。この技術は、顕微鏡下で観察される色鮮やかな光のパターンを通じて相互作用を明らかにします。
チャルマーズ工科大学の研究者らは、最小スケールでの相互作用を支配する微妙な力を観察するための光ベースの方法を発表しました。塩溶液に微小な金フレークを懸濁し、金メッキガラスプレートに滴を置くことで、フレークは表面に引きつけられますが、ナノメートル距離で停止し、光を閉じ込める小さな空洞を形成して、赤、緑、金などの鮮やかな色を生み出します。
物理学科の博士課程学生ミカエラ・ホシュコヴァは、セットアップを説明します：「私たちが観察しているのは、自然の基本的な力が互いにどのように相互作用するかを示しています。これらの小さな空洞を通じて、私たちは『自然の接着剤』と呼ぶ力を測定・研究できるようになりました。これは最小スケールで物体を結合するものです。私たちは起こっていることに介入する必要はなく、フレークの自然な動きをただ観察するだけです。」
このプラットフォームは、カシミル効果（フレークを近づける量子力）と塩溶液中の荷電粒子からの静電反発のバランスを強調します。約10マイクロメートルサイズの金フレークは100-200ナノメートルの空洞を作成し、自己組立を可能にします。塩度を調整し、分光器で色のシフトを監視することで、研究者らはこれらの力を定量化します。
この研究は、ティムール・シェガイ教授のグループでの4年間の研究に基づき、自己組立金フレーク共振器の発見から進化しました。「この方法により、個々の粒子の電荷とそれらの間の力を研究できます。他の方法では、これらの力を研究するために高度な機器が必要で、粒子レベルまでの情報が得られないことが多いのです」とシェガイは述べます。
潜在的な応用は物理学、化学、材料科学に及び、液体中の粒子安定性に関する洞察を提供し、医薬品、バイオセンサー、水フィルター、化粧品に役立ちます。ホシュコヴァは付け加えます：「ナノスケールの力は、異なる材料や構造の組み立てに影響を与えます...私たちは、同じ原理がはるかに大きなスケールで自然を支配し、銀河の形成にまで及ぶ洞察を得ることができます。」
この発見は、Proceedings of the National Academy of Sciencesに「Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids」というタイトルで掲載され、著者はホシュコヴァ、オレグ・V. コトフ、ベトゥル・クチュコズ、キャサリン・J. マーフィー、ティムール・シェガイです。