Eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Deutschland hat das mikroskopische Verhalten von getriebenen Elektrolyten auf der Nanoskala aufgedeckt. Die Studie wurde kürzlich in den „Physical Review Letters“ veröffentlicht. Das Forschungsteam entdeckte, dass sich bewegende geladene Ionen unter Einwirkung eines elektrischen Felds großräumige Fluktuationen in ihrer Umgebung induzieren können, die dynamische, turbulenzähnliche Strukturen bilden und den Bewegungszustand aller suspendierten Teilchen signifikant beeinflussen.

Getriebene Elektrolyte sind Systeme geladener Ionen, die sich in einem externen elektrischen Feld bewegen. Sie werden nicht nur in Energiespeichergeräten wie Lithiumbatterien eingesetzt, sondern spielen auch eine Schlüsselrolle in biologischen Nervensystemen, nanoskaligen Sensoren und künstlichen molekularen Motoren. Die traditionelle Ansicht geht davon aus, dass die Elektrolytumgebung auf der Nanoskala stabil und ruhig ist. Diese Studie zeigt jedoch, dass die durch die Ionenbewegung ausgelösten hydrodynamischen Wechselwirkungen starke stochastische Fluktuationen verursachen.

Der Institutsdirektor Ramin Golestanian sagte: „Wenn wir uns die Umgebung innerhalb eines getriebenen Elektrolyten auf der Nanoskala vorstellen, denken wir normalerweise an ein ruhiges, viskoses Medium. Diese Studie zeigt jedoch, dass die Realität eher einem turbulenten Ozean gleicht – ein Phänomen, das auf so winzigen Skalen äußerst ungewöhnlich ist.“

Die Studie weist weiter darauf hin, dass dieses Verhalten je nach Beobachtungszeitraum und Systemdimension unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten folgt. Sogar neutrale Teilchen bewegen sich aufgrund der umgebenden Fluktuationen schnell. Dieses Modell bietet eine neue Perspektive zum Verständnis des Teilchenverhaltens in biophysikalischen Systemen wie Ionenkanälen und Nanoporen und kann gleichzeitig auf die Entwicklung von Nanosensorik wie dem Einzelmolekülnachweis angewendet werden.

Die Studie betont die dominante Rolle von Mehrkörper-Hydrodynamikwechselwirkungen in mikroskopischen Nichtgleichgewichtssystemen. Dies hilft, das Teilchenverhalten auf der Nanoskala genauer vorherzusagen, und liefert eine theoretische Grundlage für das zukünftige Design von hochpräziser Nanosensorik und effizienten Energiespeichersystemen.

Veröffentlichungsdetails: Autoren: Ramin Golestanian et al., Titel: „Anomale Diffusion in getriebenen Elektrolyten durch hydrodynamische Fluktuationen“, veröffentlicht in: „Physical Review Letters“ (2026). Zeitschrifteninfo: „Physical Review Letters“