Obserwacja tarcia kwantowego w grafenie i potencjalne zastosowania
Zorganizował je zespół z Lanzhou Institute of Chemical Physics, o czym informują tamtejsze media, takie jak South China Morning Post. Z relacji wynika, jakoby po raz pierwszy bezpośrednio zarejestrowano tarcie kwantowe między stałymi materiałami w złożonym grafenie. Autorzy tego przełomu mówią o pierwszym eksperymentalnym dowodzie na tarcie kwantowe między dwiema stałymi powierzchniami. Wyniki eksperymentu przeczą codziennym doświadczeniom z tarciem. W przypadku złożonego grafenu zaobserwowano, że tarcie nie zwiększało się wraz ze wzrostem grubości materiału. Paradoksalnie, grubsze warstwy łatwiej się ślizgały. Tę nieoczekiwaną zależność tłumaczy wpływ gięcia na ruch elektronów w materiale. Proces ten utrwala je na określonych poziomach energetycznych, utrudniając przekształcanie ruchu w ciepło, co stanowi podstawowy mechanizm tarcia w skali makro.
Czytaj też: Tamy zmieniają położenie biegunów magnetycznych Ziemi. Efekt jest już widoczny w skali globalnej
A co z praktycznymi zastosowaniami wynikającymi z dokonanych postępów? Badania nad tarciem kwantowym, których rezultaty zostały szerzej opisane w Nature Communications, mogą znacząco wpłynąć na rozwój nanourządzeń. Potencjalne zastosowania obejmują tworzenie energooszczędnych nanourządzeń**,** precyzyjną kontrolę tarcia w materiałach kwantowych, projektowanie efektywniejszych systemów nanotechnologicznych czy też pracowywanie nowych materiałów o regulowanych właściwościach tarcia. Co ciekawe, jednym z aspektów przesądzających o końcowym sukcesie badań było odkrycie z 2022 roku, w ramach którego naukowcy dostrzegli, że woda przepływa szybciej przez węższe nanorurki węglowe. Okazało się to związane z tarciem kwantowym, sprawiającym, iż mniejsza liczba elektronów w węższych rurkach zmniejsza opór przepływu.
Perspektywy rozwoju, czyli co jeszcze będą mogli zrobić fizycy?
Już dotychczasowe doniesienia płynąc z Chin pokazują, że fizyka kwantowa wciąż potrafi zaskakiwać. Kluczowy był eksperyment, w którym grafenowy układ schłodzono do skrajnie niskich temperatur. Wyciągnięte wnioski są przydatne, a skala tej przydatności powinna stać się jeszcze większa po tym, jak eksperymenty zostaną przeprowadzone na szerszym zakresie materiałów i warunków temperaturowych. Powinno to doprowadzić do uzyskania wglądu w kwestie rozpraszania energii na poziomie atomowym.
Czytaj też: Sensacyjne odkrycie na Antarktydzie Wschodniej. Ukryta sieć pradawnych struktur wpływa na los naszej planety
Ostatecznie eksperci chcieliby zapoczątkować rozwój technologii, które skuteczniej niż dotychczas zarządzają energią. Być może uda się wręcz doprowadzić do redukcji jej strat, co byłoby bardzo przydatne z punktu widzenia wielu różnych urządzeń, zarówno urządzeń działających w nanoskali, jak i zaawansowanych komputerach kwantowych, które obecnie potrzebują ogromnych ilości energii.