Chińscy naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej w Lanzhou osiągnęli przełom, wykrywając rzadkie zjawisko tzw. kwantowego tarcia na fałdach grafenu. Tarcie to zjawisko, z którym mamy do czynienia na co dzień, ale w skali atomowej jego mechanizmy są znacznie bardziej skomplikowane. Do tej pory uważano, że tarcie wynika głównie z szorstkości powierzchni i powstawania mikroskopijnych „górek” oraz stref przylegania, które spowalniają ruch i zamieniają energię w ciepło.
W najnowszym eksperymencie badacze precyzyjnie zginęli grafen, czyli jednoatomową warstwę węgla, tworząc fałdy o kontrolowanej grubości i kształcie. Dzięki temu mogli bardzo dokładnie mierzyć siły tarcia pomiędzy warstwami. Okazało się, że tarcie na złożonych krawędziach grafenu nie rośnie liniowo wraz z ilością warstw – zamiast tego zmienia się w zaskakujący, nieliniowy sposób. To wyzwanie dla klasycznych modeli opisujących tarcie i dowód na istnienie zjawisk kwantowych w tej dziedzinie.
Wcześniejsze badania wykazały, że w nanorurkach węglowych woda może płynąć szybciej przez węższe kanały, co wiązano z kwantowym tarciem – gdy mniej elektronów oznacza mniejszy opór. Chiński zespół zainspirował się tym odkryciem i opracował własną metodę badania kwantowego tarcia między ciałami stałymi. W wyniku zgniatania grafenu pojawiło się wewnętrzne naprężenie, które zmieniło ruch elektronów, ustawiając je w tzw. poziomach pseudo-Landaua. To zmniejszyło straty energii i obniżyło tarcie na granicy warstw.
To pierwsza bezpośrednia obserwacja kwantowego tarcia między dwiema stałymi powierzchniami. Badacze podkreślają, że zrozumienie tych zjawisk może w przyszłości prowadzić do nowych rozwiązań pozwalających aktywnie minimalizować straty energii – zarówno w elektronice, jak i w komputerach kwantowych. Obecnie planują dalsze eksperymenty z innymi materiałami oraz w warunkach bardziej zbliżonych do codziennego zastosowania.
Źródło: Yahoo News
