Ученые обнаружили эффект «сверхскользкости»

Группа физиков из Массачусетского Технологического Института поставила эксперимент, имитирующий трение между твердыми телами на атомарном уровне. Оказалось, что в некоторых условиях этот процесс может происходить почти без потерь энергии. Работа коллектива опубликована в журнале Science, а краткое ее изложение доступно на сайте журнала Nature.

Имитацию трения двух тел авторы работы создавали следующим образом. Первый из взаимодействующих слоев атомов был составлен из катионов иттербия, удерживаемых кулоновскими силами. Поверхность второго тела ученые имитировали двумя лучами лазера, интерферирующими между собой — максимумы интенсивности на интерференционной картине соответствовали виртуальным атомам, а минимумы полостям в решетке. Трение осуществлялось сдвигом объектов друг относительно друга.

Когда ионы «укладывались» в минимумы интерференции, ученые наблюдали максимальное трение между поверхностями. Такая ситуация соответствует скольжению одного твердого тела относительно другого. Но, когда исследователи увеличили расстояние между соседними ионами иттербия настолько, что одна из соседних частиц оказывалась в минимуме интерференции, а вторая в максимуме, то сила трения между слоями падала на порядок.

Ученые связывают это с изменением механизма перемещения слоев друг относительно друга. Когда периодичность двух решеток совпадает, то перемещение происходит рывками. Но во второй ситуации, с увеличенными расстояниями между ионами, движение больше напоминало собой поведение гусеницы. Другой хорошей аналогией будет сравнить движение поверхностей друг относительно друга с взаимным вращением подходящих шестеренок.

Эффект «сверхскользкости» (superlubricity) может найти применение в различных инженерных системах — уменьшение трения в подвижных частях двигателей, возможно даже наноразмерных, может значительно увеличить их ресурс, или даже создать какие-либо принципиально новые устройства.