Gesekan pada skala mikro secara tak terduga tergantung pada kecepatan geser

Gesekan pada skala mikro secara tak terduga tergantung pada kecepatan geser

Stempel Waktu: 2 Februari 2023 6:07

Ilustrasi mewakili gesekan antara ujung mikroskop gaya atom dan graphene
Gesekan yang bergantung pada kecepatan. (Sumber: Departemen Fisika, Universitas Basel dan Scixel)

Gesekan pada skala atom tampaknya bergantung pada kecepatan dua permukaan bergerak melewati satu sama lain. Perilaku mengejutkan ini diamati ketika ujung mikroskop kekuatan atom (AFM) bergerak di sepanjang lapisan graphene, dan para peneliti di universitas Basel di Swiss dan Tel Aviv di Israel mengatakan itu hasil dari kerutan permukaan yang disebabkan oleh ketidakcocokan dalam struktur kisi graphene. . Temuan ini, bersama dengan pengamatan bahwa skala gaya gesek berbeda dalam rezim kecepatan yang berbeda, dapat diterapkan pada perangkat seperti hard disk dan komponen bergerak di satelit atau teleskop ruang angkasa yang memerlukan gesekan sangat rendah.

Dalam sehari-hari, objek makroskopis, gesekan tidak bergantung pada kecepatan geser (menurut hukum Coulomb) atau bergantung secara linier padanya (misalnya dalam media kental). Namun pada skala atom, semuanya berbeda. Dalam pekerjaan baru, sebuah tim memimpin Ernst Meyer dari Institut Ilmu Nano Swiss dan Departemen Fisika di Universitas Basel mengukur kecepatan di mana mikroskop kekuatan atom (AFM) bergerak melintasi lapisan graphene (bentuk 2D atom karbon yang disusun dalam konfigurasi seperti sarang lebah) di atas substrat platinum.

Superlattices Moiré

Dalam percobaan mereka, yang mereka laporkan Nano Letters, Meyer dan rekannya menemukan bahwa graphene membentuk superstruktur yang dikenal sebagai moiré superlattices. Struktur ini tidak lagi benar-benar datar, dan gesekan yang dihasilkannya berskala dalam berbagai cara tergantung pada rezim kecepatan.

Menurut simulasi dinamika molekul atomistik oleh Oded Hod dan Michael Urbakh's kelompok penelitian di Tel Aviv, mekanisme di balik efek berasal dari deformasi di punggung superlattice moiré saat ujung AFM bergerak di sepanjang antarmuka graphene / platinum. Ujung menyebabkan deformasi elastis saat mendorong punggungan, diikuti oleh relaksasi punggungan pada pelepasan dari ujung saat meluncur ke depan.

Pada kecepatan pemindaian AFM rendah, gaya geseknya kecil dan tetap konstan (mengingatkan pada perilaku makroskopis), jelas Hod. Di atas kecepatan ambang tertentu, bagaimanapun, itu meningkat secara logaritmik. “Ambang batas ini semakin rendah jika ukuran superstruktur moiré lebih besar, memungkinkan penyetelan nilai silang melalui sudut putaran antar muka,” kata Hod.

“Pesan yang jelas untuk aplikasi praktis”

“Temuan kami memberikan pesan yang jelas untuk aplikasi praktis,” tambah Urbakh. “Untuk mencapai gesekan sangat rendah menggunakan pelapis bahan dua dimensi, mereka harus disiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan pola moiré skala kecil.”

Para peneliti mengatakan mekanisme yang mereka amati mungkin juga relevan untuk bahan polikristalin, di mana terdapat batas butir. Mereka berencana untuk mempelajari ini secara lebih rinci dalam pekerjaan masa depan. “Dalam hal ini, disipasi energi gesekan didominasi oleh kontribusi batas butir,” kata Hod Dunia Fisika. “Kami bermaksud menemukan cara untuk menghilangkan gesekan batas butir, misalnya dengan menjelajahi rezim koefisien gesekan negatif yang unik, di mana gesekan berkurang dengan beban normal eksternal, berbeda dengan intuisi fisik umum.”

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika