Elektronsko trenje se može podešavati i isključiti, otkrivaju kineski istraživači

Istraživači u Kini su izolovali efekte elektronskog trenja, prvi put pokazujući kako se suptilna sila otpora koju ono stvara na klizajućim površinama može kontrolisati.

Oni demonstriraju da se može podešavati primenom napona, ili potpuno isključiti jednostavnom primenom mehaničkog pritiska. Njihovi nalazi bi mogli doprineti novim dizajnima koji omogućavaju inženjerima fino podešavanje sila otpora kod materijala koji prelaze jedan preko drugog.

Preporučujemo

U inženjerstvu, trenje uzrokuje habanje i propadanje materijala tokom vremena, a takođe dovodi do rasipanja korisne energije u vidu toplote. Iako se ovaj problem može ublažiti lubrikantima i glatkijim površinama, trenje može nastati i usled dubljih, suptilnijih efekata.

Među njima je efekat koji se može javiti na metalnim ili hemijski aktivnim površinama dok klize jedna pored druge. U ovim slučajevima, atomska jezgra na jednoj površini mogu preneti deo svoje energije elektronima na drugoj površini, pobuđujući ih na više energetske nivoe. Ova izgubljena energija proizvodi silu otpora koja se povećava sa brzinom klizanja - efekat poznat kao "elektronsko trenje".

Dosad je ovaj efekat bio težak za proučavanje jer se ne može lako odvojiti od fononskog trenja: poznatijeg mehanizma koji generišu vibracije atomskih razmera, koje takođe rasipaju energiju pokretnih površina.

Istraživači sa Univerziteta Cinhua u Pekingu dizajnirali su eksperimentalnu postavku sa pokretnom grafitnom površinom koja klizi preko fiksirane donje površine. Za niži sloj su ponovili eksperiment sa nekoliko različitih materijala, uključujući metalne, poluprovodne i izolacione uzorke.

Blago rotirajući atomske rešetke dve površine jednu naspram druge, iskoristili su strukturnu superlubrikantnost, stanje u kojem su vibracije atomskih razmera gotovo potpuno potisnute. Sa minimiziranim fononskim trenjem, svako preostalo trenje moglo bi se pripisati prvenstveno elektronskim efektima. Koristeći ovu platformu, istraživači su izveli niz eksperimenata vođenih teorijskim modelima koji predviđaju kako bi elektronsko trenje trebalo da varira.

Kad su primenili mehanički pritisak na gornju površinu, otkrili su da su se elektronska stanja u dva sloja počela preklapati i kombinovati u jedan, deljeni sistem. Ovo je smanjilo elektronska pobuđivanja generisana tokom klizanja, omogućavajući potpuno isključivanje elektronskog trenja.

Takođe su primenili „pristrasni napon“, što je izmenilo elektronsko uparivanje i distribuciju naboja na interfejsu. Umesto eliminisanja elektronskog trenja, ovaj pristup je omogućio fino podešavanje njegove magnitude jednostavnim prilagođavanjem primenjenog napona.

Razdvajanje efekata elektronskog i fononskog trenja daje jasne uvide u način kako se trenje može kontrolisati i redukovati sa daleko većom preciznošću. Uz dalji tehnološki napredak, ovaj pristup bi mogao dovesti do uređaja koji omogućavaju preciznu kontrolu u realnom vremenu nad trenjem u sistemima nanorazmera.

(Telegraf Nauka/Phys.org)