ナノスケール材料：ナノスケールの水流においてゆらぎに誘起される量子摩擦

カーボンナノチャネルにおける水流についてはこれまでのところ理解が進んでおらず、極めて低い摩擦、非常に高い水流量、曲率依存性の流体力学的すべりを示す実験的証拠が蓄積されている。特に、水と炭素の間の摩擦の機構はまだ分かっておらず、現在の理論からも、古典的分子動力学シミュレーションやab initio分子動力学シミュレーションからも、その特異な挙動について納得のいく合理的説明は得られていない。今回我々は、液体中の電荷ゆらぎと固体中の電子励起の結合に起因する摩擦への新たな寄与を明らかにする、固–液界面の量子理論を開発した。我々は、ボルン–オッペンハイマー分子動力学には存在しないこの量子摩擦が、炭素系物質表面の水の支配的な摩擦機構であると予想する。我々は、主な結果として、水–グラフェン界面と水–グラファイト界面の量子摩擦に著しい相違があることを実証する。この相違は、水のデバイ集団モードとグラファイトに特有の熱励起プラズモンの結合に起因する。これによって、ナノチューブの電子励起の観点から、カーボンナノチューブ内での水の半径依存性のすべりについての説明が示唆された。今回の知見は、隔壁の電子的特性を通した流体力学的流動の量子的操作への道を開くものである。

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