یک آزمایش نشان می‌دهد که در مقیاس نانو نیروهای اصطکاکی می‌توانند وابستگی پیچیده‌ای به سرعت داشته باشند.

طبق مدل‌های معمولی اصطکاک، نیروی اصطکاک بین دو سطح جامد که روی هم می‌لغزند مستقل از سرعت لغزش است. اما در چند دهه گذشته، آزمایش‌ها در مقیاس اتمی نشان داده‌ اند که این نیروی اصطکاک می ‌تواند با افزایش سرعت لغزش تقویت شود. اکنون ییمینگ سونگ Yiming Song و همکارانش در دانشگاه بازل سوئیس حتی وابستگی به سرعت پیچیده تری را در اصطکاک اتمی مشاهده کرده اند [1]. محققان می گویند که کار آنها می تواند به دانشمندان در طراحی مرز های مواد با خواص اصطکاکی دلخواه کمک کند.

سونگ و همکارانش یک لایه بکر از دی سولفید مولیبدن را روی بستر طلا رشد دادند. سپس نوک تیز میکروسکوپ نیروی اتمی را روی سطح این لایه لغزاندند. در نهایت، آنها قدرت نیروی اصطکاک بین نوک و سطح را با مشاهده انحراف یک کانتیلور انعطاف پذیر متصل به نوک اندازه گرفتند. برای سرعت های لغزشی زیر 10 نانومتر بر ثانیه و بالای 100 نانومتر بر ثانیه، نیروی اصطکاک با افزایش سرعت، مشابه آزمایش های قبلی، تقویت می شود. اما برای سرعت های بین این دو مقدار، نیرو به طور غیرمنتظره ای با افزایش سرعت تضعیف شد.

کار تئوری و شبیه‌سازی ‌های عددی نشان داد که وقتی سرعت لغزش زیر 10 نانومتر بر ثانیه بود، نوک میکروسکوپ روی سطح دی سولفید مولیبدن از یک برآمدگی در مقیاس اتمی به برآمدگی بعدی حرکت می کند. با افزایش سرعت از 10 به 100 نانومتر بر ثانیه، نوک از روی برجستگی‌های بیشتر و بیشتری در حین حرکت می‌ پرد و نیروی اصطکاک را تضعیف می‌کند. در نهایت، زمانی که سرعت از 100 نانومتر بر ثانیه فراتر رفت، این اثر تضعیف کننده با سر خوردن نوک بر روی سطح، بدون ممانعت برجستگی ها، متوقف شد. گروه پیشنهاد می‌کند که این یافته‌ها می‌تواند درک محققان را از پدیده‌های لغزش بزرگ-مقیاس مانند زلزله و ترک‌های در حال گسترش بهبود ببخشد.

-1Y. Song et al., “Nonmonotonic velocity dependence of atomic friction induced by multiple slips,” Phys. Rev. Lett. 133, 136201 (2024).

منبع:

Atomic Friction Defies Expectations

ترجمه خبر: شهره کرمی