Физики из Университета Британской Колумбии, Канада экспериментально показали, что быстро вращающиеся молекулы газа («супер-роторы») могут достигнуть такого состояния, при котором межмолекулярные столкновения не приводят к распространению тепла. Лишь после того, как быстро вращающиеся молекулы теряют упорядоченную пространственную ориентацию, в системе вновь устанавливается нормальный режим теплопроводности. Исследование опубликовано в Physical Review X.
Для «раскрутки» молекул кислорода до больших угловых скоростей авторы использовали оптическую центрифугу. Принцип ее действия основан на том, что в поляризованном свете линейные молекулы стремятся соориентироваться по направлению плоскости поляризаци. Если же она вращается, то и молекула будет вращаться вместе с ней. Постепенно ускоряя вращение плоскости поляризации, можно превратить молекулу в своеобразный волчок. Ей передается значительная энергия, но при этом она не ионизируется.
При помощи измерения локального показателя преломления в газе ученые следили за распространением возмущения после облучения оптической центрифугой. Поскольку молекулы вращались только в определенной плоскости, в системе возникала анзотропия, то есть возмущение распространялось с разной скоростью вдоль разных направлений.
Исследователи обнаружили, что после облучения в системе наблюдалось два характерных режима распространения энергии. В течение нескольких наносекунд молекулярные «волчки» сталкивались между собой, но сохраняли пространственную ориентацию. При этом столкновения не были «тепловыми», то есть вращательное движение практически не переходило в поступательное. Только после того, как ориентация волчков пропадала, наблюдалась привычная «поступательная» теплопроводность.
Физики отмечают, что описанный переход впервые наблюдается экспериментально. Вращательное возбуждение молекул без их ионизации позволяет реализовать ряд необычных явлений. В частности, в таких системах теоретически был предсказан эффект взрывной передачи тепла, а также анизотропная диффузия.