(Phys.org) —À l'échelle nanométrique, où les objets sont mesurés en milliardièmes de mètres et les événements se déroulent en billions de secondes, les choses ne se comportent pas toujours comme nos expériences avec le macro-monde pourraient nous le faire croire. L'eau, par exemple, semble s'écouler beaucoup plus rapidement dans les nanotubes de carbone que ce que la physique classique dit devrait être possible. Imaginez maintenant essayer de capturer des films de ces mouvements nanométriques presque imperceptiblement petits.

Les chercheurs de Caltech ont maintenant fait exactement cela en appliquant une nouvelle technique d'imagerie appelée microscopie électronique à quatre dimensions (4D) au problème de la dynamique des nanofluides. Dans un article paru dans le numéro du 27 juin de Science , Ahmed Zewail, le professeur de chimie Linus Pauling et professeur de physique, et Ulrich Lorenz, un post-doctorant en chimie, décrivent comment ils ont visualisé et surveillé le flux de plomb fondu dans un seul nanotube d'oxyde de zinc en temps réel et dans l'espace.

La technique de microscopie 4D a été développée au Centre de biologie physique pour la science et la technologie ultrarapides de Caltech, créé et dirigé par Zewail pour faire progresser la compréhension de la physique fondamentale du comportement chimique et biologique.

En microscopie 4D, un flux d'électrons ultra-rapides bombarde un échantillon d'une manière soigneusement chronométrée. Chaque électron se disperse sur l'échantillon, produire une image fixe qui représente un instant unique, juste une femtoseconde - ou un millionième de milliardième de seconde - en durée. Des millions d'images fixes peuvent ensuite être assemblées pour produire un film numérique de mouvement à l'échelle nanométrique.

Dans le nouveau travail, Lorenz et Zewail ont utilisé des impulsions laser uniques pour faire fondre les noyaux de plomb de nanotubes d'oxyde de zinc individuels, puis, en microscopie 4D, capturé comment le liquide chaud sous pression se déplaçait dans les tubes, se divisant parfois en plusieurs segments, produisant de minuscules gouttelettes à l'extérieur du tube, ou causant la rupture des tubes. Lorenz et Zewail ont également mesuré le frottement subi par le liquide dans le nanotube.

"Ces observations sont particulièrement importantes car la visualisation du comportement des fluides à l'échelle nanométrique est essentielle à notre compréhension de la façon dont les matériaux et les canaux biologiques transportent efficacement les liquides, " dit Zewail. En 1999, Zewail a remporté le prix Nobel pour son développement de la chimie femtoseconde.

L'article s'intitule "Observation de l'écoulement de liquide dans des nanotubes par microscopie électronique 4D".