Чтобы уменьшить трение, мы смазываем детали. Но это — решение на «грубом», макроскопическом уровне. На уровне же отдельных атомов трение можно просто «выключить».
Без трения: Атомный переключатель
Игла атомного силового микроскопа скользит по поверхности образца

В самом деле, за последние годы, когда миниатюризация электроники развивается невероятными темпами, инженерам и техникам все чаще приходится иметь дело с системами буквально наномасштаба. К примеру, трение крохотной считывающей головки о поверхность жесткого диска может сопровождаться «прилипанием-проскальзыванием» (Stick-Slip) и характерной вибрацией, что, конечно, плохо сказывается на службе диска.

Исследованием трения на уровне отдельных атомов занялась группа советско-израильского ученого Михаила Урбаха (Michael Urbakh), которому пришла в голову идея качественно снизить трение, слегка колебля взаимодействующие поверхности друг относительно друга. Ученые построили модель, в которой исследовали эффект такого решения на примере одного атома (как это может быть, скажем, на конце «иглы» атомного силового микроскопа), скользящего вдоль одномерной поверхности.

При обычных условиях атомы поверхности (и атом «иглы») будут стремиться к расположению с минимальной свободной энергией, и каждое смещение атома «иглы» будет требовать преодоление барьера, связанного с переводом системы в энергетически нестабильное состояние. Именно это явление, в конце концов, и приводит к трению, и чтобы полностью забыть о трении, надо избавиться от него.

Тут-то и вступает в дело осцилляция поверхности относительно атома «иглы» (или наоборот). Этими вибрациями система выводится из энергетического равновесия и с высоты нового положения может легко переходить в новые состояния. Скольжение происходит совершенно свободно.

Ученые изучили также и количественно эффект, который производят на систему вибрации с разной частотой и амплитудой, и обнаружили такие сочетания параметров, при которых трение буквально «выключается». Кроме того, при некоторых условиях само движение атома «иглы» может управляться и направляться этими вибрациями — атом, как серфер на доске, перемещается на волне осцилляций.

По публикации Physics ArXiv Blog