Британські хіміки знайшли новий спосіб розшарування суміші рідин на окремі фази за допомогою опромінення її лазером. Цей перехід ніяк не пов'язаний зі зміною температури суміші, тому відрізняється від традиційного фототермічного розшарування, при якому фазовий поділ викликається просто нагріванням, пишуть вчені в.
Один із способів викликати фазовий перехід в рідині (наприклад, кристалізацію, утворення аморфної речовини або розшарування суміші рідини на окремі фази) - опромінювати її світлом. Як правило, в такому випадку лазер використовується для запуску фотохімічних процесів, однак якщо хімічний склад при переході не повинен змінитися, то його можна провести і за чисто фізичними механізмами. У найпростішому варіанті це нагрівання рідини під дією світла, яке призводить до необхідної зміни фази, але в деяких випадках картина набагато цікавіша. Наприклад, опромінення рідини короткими наносекундними лазерними імпульсами може призвести до утворення аморфної або кристалічної фази і без нагріву, а при використанні світла з різною поляризацією можна викликати кристалізацію різних кристалічних модифікацій однієї речовини. Однак точні механізми більшості з цих процесів досі до кінця не описані, тому керувати ними теж вдається далеко не завжди.
Хіміки Фінлі Волтон (Finlay Walton) і Клаас Уайн (Klaas Wynne) з Університету Глазго запропонували новий спосіб викликати фазовий перехід в рідини за допомогою лазера і описали його теоретично. Для фазового розшарування суміші двох рідин вчені використовували низькоенергетичний лазерний пучок оптичного пінцету, яким вони опромінювали однорідну суміш двох органічних рідин: нітробензолу і декана - яка перебуває в стані, близькому до критичного. Відомо, що при мольному співвідношенні 57 відсотків нітробензолу до 43 відсотків декана при температурах вище 23 градусів Цельсія ці дві рідини утворюють однорідну суміш. Однак якщо температуру опустити нижче цього значення, то починається її фазове розшарування.
У своєму експерименті вчені помістили однорідну суміш (при температурі вище температури розшарування) в замкнуту термостатовану камеру висотою 12 мікрометрів так, що розчин знаходився в ній у вигляді тонкої плівки. Цю плівку хіміки опромінювали лазером потужністю до 200 міліват і довжиною хвилі 785 нанометрів.
Аналіз оптичних властивостей суміші (зокрема, вимірювання коефіцієнта заломлення) показав, що опромінення призводить до фазового розшарування однорідної суміші в області лазерного пучка. При цьому відбувається освіта двох фаз: чистого нітробензолу і розчину нітробензолу в декані, але меншої концентрації, ніж у початковій суміші. Для кількісного опису процесу величину ефекту розшарування (який автори роботи визначали за середньою інтенсивністю зображення, отриманого за допомогою фазово-контрастної оптичної мікроскопії, в області краплі) пов'язали початковою температурою суміші і потужністю випромінювання.
Виявилося, що чим ближче початкова температура була до температури розшарування, тим інтенсивніше розшарування, при цьому його величина назад пропорційна різниці між дійсною температурою рідини і температурою фазового переходу. При зростанні потужності випромінювання величина ефекту спочатку лінійно збільшується, після чого виходить на насичення.
Для пояснення ефекту вчені запропонували просту теоретичну модель, яка пов'язує електромагнітну енергію лазерного пучка з вільною енергією, необхідною для утворення нової фази. За описуваним моделлю механізму опромінення лазером призводить до флуктуацій концентрації компонентів суміші, так що в деяких областях вона стає вище критичного значення і призводить до нуклеації нової фази.
Автори роботи зазначають, що описаний ними процес відрізняється від фототермічного лазерного розшарування, при якому гетерогенна суміш стає стійкою вище певної температури, а до поділу рідини на дві фази призводить просто нагрівання рідини під дією лазера. За словами вчених, описаний ними метод фазового розшарування рідин принципово відрізняється від попередніх підходів і пропонує новий спосіб управління фазовим складом речовини.
Можливість керування процесами розшарування сумішей двох або декількох рідин часто виявляється важливою і для промислових процесів. Зокрема, саме з використанням контрольованого розшарування поблизу критичної точки вчені пропонують очищати воду від водорозчинних домішок поблизу нафтових розливів.