نسبت سطح به حجم بالای سیستم‌های نانوالکترومکانیکی (NEMS) باعث اهمیت زیاد مسائلی مانند چسبندگی و ساییدگی، در کاربردهای شده است. محققان دانشگاه بازل سوئیس و دانشگاه مک گیل کانادا نشان داده‌اند چگونه می‌توان با استفاده از پدیده تشدید مکانیکی، اصطکاک لغزشی – چسبندگی در مقیاس اتمی را کنترل کرده و یا حتی حذف نمود.
نقش ارتعاشات نانو مقیاس در کاهش اصطکاک در سطح اتمی
نسبت سطح به حجم بالای سیستم‌های نانوالکترومکانیکی (NEMS) باعث اهمیت زیاد مسائلی مانند چسبندگی و ساییدگی، در کاربردهای شده است. محققان دانشگاه بازل سوئیس و دانشگاه مک گیل کانادا نشان داده‌اند چگونه می‌توان با استفاده از پدیده تشدید مکانیکی، اصطکاک لغزشی – چسبندگی در مقیاس اتمی را کنترل کرده و یا حتی حذف نمود.
روش‌های کاهش اصطکاک در دنیای ماکروسکوپی را به هیچ عنوان نمی‌توان در NEMS بکار برد. به عنوان مثال روان‌سازهای مایع در حجم مولکولی بسیار چسبنده می‌شوند. لذا دانشمندان برای ایجاد ابرروان‌سازی در مقیاس اتمی روش‌های جایگزینی را پیشنهاد می‌دهند که کاربرد عملی آنها چندان هم ساده نیست.
به نظر Anisoara Socoliuc، در هیچ‌کدام از راه‌حل‌های پیشنهادی قبلی امکان تبدیل وضعیت سریع از حالت ابرروانی (بدون اصطکاک) به اصطکاکی نرمال و غیرصفر، وجود نداشت.
در روشی که این محققان به آن دست یافته‌اند، نیروی اصطکاک هنگام حرکت جلو و عقب یک نوک تیز Si در عرض سطح یک بلور یونی مسطح در نظرگرفته می‌شود. نیروی عمودی (FN) و نیروی افقی (FX) بین نوک و این سطح با استفاده از یک لرزانک Si که در این نوک تعبیه شده اندازهگیری می‌شود. هرگونه خمیدگی یا انحراف این لرزانک، توسط یک پرتو نوری منعکس شده از قسمت پشتی این لرزانک به یک دیود چهار گوش، اندازهگیری شده و مقادیر به دست آمده به ترتیب با FN و Fx مربوط می‌باشند. نیروی اصطکاک متوسط FL هم برابر میانگین مقادیر Fx در جهت پیمایش می‌باشد.
دانشمندان تمام اندازه‌گیری‌های خود را روی سطحی بلوری از NaCl یا KBr به ضخامت تقریبی ۱mm انجام دادند. این محققان برای از بین بردن هرگونه ناخالصی یا بار سطحی احتمالی، قبل از انجام آزمایش خود، این بلورها را در راستای صفحه (۰ ۰ ۱) و در خلاء بسیار بالا به مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۱۲۰ درجه سانتیگراد حرارت دادند. همچنبن ضمن حرکت لرزانک در عرض نمونه در حال ارتعاش یک ولتاژ AC هم بین پرتو لرزانک و نمونه اعمال گردید.
جالب آنکه این محققان در این آزمایش به الگوی رفتاری یکسانی درسطح هر دو بلور دست یافتند و معلوم شد، در صورتی که نوک در حال حرکت را با فرکانس حالت تشدید سیستم ترکیبی لرزانک و سطح در مدهای خمیدگی، وادار به نوسان کنند، FL بطور قابل توجهی کاهش می‌یابد. همین پدیده در نصف این فرکانس تشدید هم مشاهده شد و بر انگیختگی مدهای پیچشی هم هیچ تأثیری بر نیروهای اصطکاکی نداشت.
این محققان همچنین دریافتند که تغییر دامنه ارتعاش لرزانک، موجب تغییر میزان کاهش اصطکاک می‌شود. افزایش مدولاسیون دامنه، باعث افت سریع نیروی اصطکاکی FL و سپس محو کامل آن می‌شود.
نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که مشکل اصطکاک استاتیکی قابل حل است. بخش‌هایی از NEMS که در تماس فیزیکی هستند معمولاً آنقدر کوچک هستند که ناهمواری‌های آنها تک به تک با هم در تماس قرار گرفته و ساختارشان توسعه تشدیدهای عادی مجزا را مطلوب می‌سازد.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Science منتشر کرده‌اند.
