آرام شدن حرکت قطعه‌ای که در حال لیز خوردن بر روی یک میز است به‌وسیله‌ی اصطکاک پدیده‌ی شگفت‌آوری نیست؛ اما برای کریستال‌های بسیار کوچک، یک نظریه و چند آزمایش بیان می‌کند که حرکت بدون اصطکاک صورت خواهد گرفت. گروهی از محققان، قطعات فلزی در ابعاد نانومتر را بر روی سطح فوق تمیزی از گرافیت حرکت دادند و گزارش کردند که بعضی از قطعات آزادانه لیز خورده‌اند و بعضی از آنها مقاومتی از خود نمایش داده‌اند. نتایج حاصله منجر به تایید یک نظریه شد که بر اساس آن افزایش اصطکاک را فقط به‌علت به دام افتادن اتم‌های بیشتر در بین سطوح بیان می‌کند.
نگرشی جدید دربارهِ‌ی منشأ اصطکاک
این نگرش بر منشأ اصطکاک برای محققانی که در حال تحقیق روی نانوماشین‌هایی هستند که شامل قسمتهای شیب‌دار است، مهم تلقی می‌شود. با لغزش یک سطح ناصاف بر روی سطح دیگر، برآمدگی‌های یکی از سطوح و حفره‌های دیگری در هم قفل می‌شوند. نیروی اصطکاک همان چیزی است که لازم است تا سطوح را از هم جدا کرده، باعث ادامه‌ی حرکت لغزشی شود. در دو بلور کاملاً تخت، اتم‌ها برآمدگی‌ها و حفرات را تشکیل می‌دهند؛ اما به غیر از بلورهای کاملاً هماهنگ شده‌ی انتها، نمی‌توانند به‌طور کلی مرتب شوند.
متخصصان علوم نظری ادعا می‌کنند که بلورهای غیر متشابه باید بدون اصطکاک از روی یکدیگر عبور کنند؛ زیرا بعضی از اتم‌ها همیشه به درون حفره‌های نزدیک جذب می‌شوند و آن نیرو به هل دادن اتم‌های دیگر به خارج از حفره‌هایشان کمک خواهد کرد. در سال‌های اخیر تعداد اندکی از آزمایشگران نشانه‌هایی از این حرکت شگفت‌آور بدون اصطکاک و یا فوق روان را در حال کشاندن نوک فوق تیز یک میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بر روی یک بلور مشاهده کرده‌اند.
با هل دادن آنتیموان، بعضی از توده‌های فلزی نانومقیاس بدون اصطکاک بر سطح گرافیت حرکت می‌کنند، در حالی‌که مابقی به یک نیروی ثابت احتیاج دارند. تفاوت زمانی‌که تعدادی ناخالص مابین توده و سطح بچسبد بیشتر مشهود خواهد بود، و این توجیهی بر نظریه‌ی میکروسکوپی اصطکاک است.
اگر فوق روان بودن یک حالت طبیعی و ذاتی برای سطوح بلورهاست، چرا اصطکاک امری بسیار عادی است؟ یکی از نظریه‌ها منشأ آن را در مولکول‌های ناخالص خارجی می‌داند که مسیر خود را به سمت شکاف‌های بزرگ‌تر پیدا می‌کنند و مانع از حرکت لغزشی می‌شود؛ البته شبیه‌سازی‌ها مؤید این ایده هستند. آزمایش‌های عملی اندکی در این زمینه انجام شده است. در حقیقت نوک AFM تنها با سطحی به ابعاد چند نانومتر مربع تماس برقرار می‌کند، پس آزمایش‌های AFM مستقیماً بر سطوح بزرگ‌تری مانند آنچه در میکروماشین‌ها اتفاق می‌افتد، قابل اعمال نیست.
برای کاوش در ناحیه‌ی بزرگ‌تر، آندره شیرمیسن و همکارانش از دانشگاه مونستر آلمان، اتم‌های آنتیموان را بر روی سطح فوق تمیز گرافیت به حالت اسپری پخش کردند و توده‌هایی بزرگ‌تر از ۰۰۰/۳۰۰ نانومتر مربع را تشکیل دادند، سپس نیروی لازم برای نوک AFM را (که برای هل دادن توده‌های آنتیموان با ابعاد مختلف بر سطح گرافیت لازم بود) اندازه‌گیری کردند و از این که در بعضی از حالت‌ها تقریباً احتیاج به هیچ نیرویی نبود، شگفت‌زده بودند.
شیرمیسن می‌گوید: «این رفتار فوق روان امری غیر قابل پیش‌بینی بود»؛ در حدود یک توده از چهار توده‌ی حرکت داده شده بر سطح با اشاره‌های بی‌نهایت کوچکی به حرکت درآمدند. توده‌های دیگری به نیروی بیشتری از طرف نوک AFM احتیاج داشتند، این رفتاری است که در حالت عادی از اصطکاک انتظار داریم.
به گفته‌ی شیرمیسن، مشاهده‌ی هر دوگونه‌ی توده‌ها نظریه‌ی حضور اصطکاک به‌علت وجود ناخالصی را تقویت می‌کنند. شما از روی شکل توده قادر به مشخص کردن حرکت توده بدون اصطکاک نخواهید بود. ما این‌گونه می‌اندیشیم که برای بعضی از توده‌ها ذرات ناخالصی در فصل مشترک آنها وجود دارد که حتی امکان اینکه مولکول‌های منفرد نیز باشند، وجود دارد. در حقیقت هنگامی که محققان نمونه‌های فوق تمیز خود را در معرض اتمسفر قرار دادند تعداد بسیار کمتری از توده‌های بدون اصطکاک را مشاهده کردند، همچنین آنها توصیف دیگری را برای حرکت‌های بدون اصطکاک ظاهرشده بیان کردند؛ مانند اینکه AFM به جای اینکه توده‌هایی که به آن چسبیده را حمل می‌کند، توده‌ها را بلغزاند. این بهترین تصدیق آزمایشگاهی برای نظریه‌ی اصطکاک سطوح نرم بر پایه‌ی ناخالصی است.
علاوه بر این، روش حرکت دادن توده‌ها برای تحقیق اصطکاک بین موادی که قابلیت شکل گرفتن به عنوان نوک AFM را ندارند نیز مفید است.
