Material som innehåller små kapillärer och håligheter används i stor utsträckning vid filtrering, separation och många andra teknologier, utan vilken vår moderna livsstil skulle vara omöjlig. Dessa material hittas vanligtvis av tur eller olycka snarare än design. Det har varit omöjligt att skapa konstgjorda kapillärer med precision i atomär skala.

Nu visar en Manchester-grupp ledd av postdoktorn Radha Boya och nobelpristagaren Andre Geim hur man gör det omöjliga möjligt, som rapporterats i Natur .

Den nya tekniken är elegant, anpassningsbar och slående enkel. Faktiskt, det är en slags antipod till det berömda materialet grafen. När man gör grafen, människor tar ofta en bit grafit och använder tejp för att extrahera ett enda atomplan av kolatomer, grafen. Den återstående grafiten kasseras.

I denna nya forskning, Manchester-forskare extraherade på liknande sätt en remsa grafen från grafit, men kasserade grafenet och fokuserade på det som fanns kvar:en ultratunn hålighet i grafitkristallen.

Sådana kaviteter i atomskala kan tillverkas av olika material för att uppnå inte bara en önskad storlek utan också för att välja egenskaper hos kapillärväggar. De kan vara atomärt släta eller grova, hydrofil eller hydrofob, isolerande eller ledande, elektriskt laddad eller neutral; listan fortsätter.

Hålrummen kan göras som hålrum (för att begränsa olika ämnen) eller öppna tunnlar (för att transportera olika gaser och vätskor), som är av stort intresse för grundforskning och många tillämpningar. Det begränsas bara av fantasin vad sådana smala tunnlar med designegenskaper potentiellt kan göra för oss.

Egenskaper hos material i denna verkligt atomära skala förväntas vara helt annorlunda än de vi är bekanta med i vår makroskopiska värld. För att visa att detta är fallet med deras tomrum i atomskala, Manchester-gruppen testade hur vatten rinner genom dessa ultrasmala rör.

Till allas förvåning, de fann att vatten flödade med liten friktion och med hög hastighet, som om kanalerna vore många tusen gånger bredare än vad de faktiskt är.

Radha Boya kommenterade "Detta är en helt ny typ av system i nanoskala. Sådana kapillärer kunde man aldrig föreställa sig, även i teorin. Ingen trodde att denna grad av noggrannhet i design kunde vara möjlig. Ny filtrering, avsaltning, gassepareringstekniker är typ av uppenbara riktningar men det finns så många andra att utforska”.

Sir Andre tillade "Att göra något användbart av ett tomt utrymme är verkligen gulligt. Att finna att detta utrymme erbjuder så mycket ny vetenskap är överraskande. Även med facit i hand, Jag förväntade mig inte att idén skulle fungera så bra. Det finns otaliga möjligheter för forskning och utveckling, som nu måste tittas på. Vi är chockade över valet.'