اصطکاک بسیار کم روی سطح دولایه‌ای گرافن

بنابر گفته فیزیکدان‌های آلمانی و کانادایی، روکش‌دهی اشیا با یک یا دو لایه از کربن، موجب ایجاد سطحی بسیار صیقلی و در عین حال محکم می‌شود. مطلب جالب‌تر این است که اصطکاک روی یک لایه اتم کربن (که گرافن نامیده می‌شود)، بیشتر از اصطکاک روی دو لایه گرافن است؛ پژوهشگران بر این باورند که این امر به دلیل تفاوت در چگونگی برهمکنش اتم‌های کربن نوسان‌کننده با الکترون‌های محیطی است.

بنابر گفته فیزیکدان‌های آلمانی و کانادایی، روکش‌دهی اشیا با یک یا دو لایه از
کربن، موجب ایجاد سطحی بسیار صیقلی و در عین حال محکم می‌شود.

مطلب جالب‌تر این است که اصطکاک روی یک لایه اتم کربن (که گرافن نامیده می‌شود)،
بیشتر از اصطکاک روی دو لایه گرافن است؛ پژوهشگران بر این باورند که این امر به
دلیل تفاوت در چگونگی برهمکنش اتم‌های کربن نوسان‌کننده با الکترون‌های محیطی
است.

نتایج نشان می‌دهند که این روکش‌ها می توانند فرسایش و گسست را در ماشین‌های
کوچک کاهش دهند.

این گروه پژوهشی که رهبری آن را رولاند بنویتز از دانشگاه مک‌گیل در مونترال و
موسسه مواد جدید لیبنیز در آلمان بر عهده دارد، کار خود را با حرارت‌دهی یک
بلور منفرد از کربید سیلیکون آغاز کرد. این کار باعث می‌شود اتم‌های کربن به
سطح ماده مهاجرت کنند. این مهاجرت موجب ایجاد «تراس‌های» مسطحی در سطح ماده می‌شود
که هر تراس از یک، دو، یا صفر لایه اتمی از کربن تشکیل شده است.

سپس این محققان قبل از آنکه سطح ماده را با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
مطالعه کنند، آن را در یک اتاقک با خلأ بسیار بالا قرار دادند. این گروه به
سادگی و با کشیدن نوک نانومتری AFM روی سطح، اصطکاک آن را اندازه گرفتند.
اصطکاک هم روی سطح کربید سیلیکون خالی و هم روی سطح دارای یک یا دو لایه از
گرافن اندازه‌گیری شد.

تیم بنویتز دریافتند که اصطکاک سطح گرافن یک یا دو لایه، از اصطکاک سطح کربید
سیلیکون کمتر است. به عنوان مثال زمانی که نوک AFM با نیروی ۱۰۰ نانونیوتن روی
سطح کشیده شد، اصطکاک گرافن تک و دولایه معادل ۶/۰ و ۲/۰ نانونیوتن بود، در
حالی که اصطکاک سطحی کربید سیلیکون با همان نیروی اعمالی ۱۰۰ نانونیوتن، ۸
نانونیوتن اندازه‌گیری شد.

بنویتز می‌گوید گروه او از این که اصطکاک دولایه‌ای گرافن در محدوده وسیعی از
نیروهای اعمالی معمول، از تک‌لایه‌ای کمتر است، شگفت‌زده شده است. آنها بر این
باورند که این پدیده به چگونگی برهمکنش ارتعاشات کوانتیزه اتم‌های کربن (فونون‌ها)
با الکترون‌های گرافن مربوط است. آنها بر این باورند که این فرایند مقداری از
گرمای ناشی از کشیده شدن نوک AFM روی سطح را پخش می‌کند.

نتایج این گروه می‌تواند خبر خوبی برای محققانی باشد که سعی دارند به جای
استفاده از سیلیکون، از کربید سیلیکون برای ساخت ماشین‌های میکرو و نانومقیاس
استفاده نمایند.