Sorprendentemente, la fricción entre la punta de un microscopio de fuerza atómica y las superestructuras de Moiré depende de la velocidad a la que se mueve la punta por la superficie. Crédito: Departamento de Física, Universidad de Basilea y Scixel
Investigadores de Basilea y Tel Aviv descubrieron que la fricción varía con la velocidad en áreas específicas. grafeno estructuras en superficies de platino, desafiando la ley de Coulomb que establece que la fricción es independiente de la velocidad en el mundo macro.
Los materiales hechos de capas atómicas individuales son muy apreciados por sus cualidades de baja fricción, útiles para reducir la fricción en discos duros o partes móviles de satélites o telescopios espaciales. El grafeno, que consta de una sola capa de átomos de carbono dispuestos como un panal de abejas, es un excelente ejemplo y se está examinando su potencial como capa lubricante. Estudios anteriores mostraron que una cinta de grafeno puede deslizarse casi sin fricción sobre una superficie de oro.
Resultados sorprendentes con una superficie rugosa
Si se aplica grafeno a una superficie de platino, tiene un impacto significativo en las fuerzas de fricción medibles. Ahora, los físicos de la Universidad de Basilea y Universidad de Tel Aviv han informado en el diario Nano letras que, en este caso, la fricción depende de la velocidad a la que se mueve la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM; ver recuadro) sobre la superficie. Este hallazgo es sorprendente porque la fricción no depende de la velocidad según la ley de Coulomb, que se aplica en el mundo macro.
Junto con el sustrato de platino, el grafeno ya no forma solo el patrón de panal hexagonal de los átomos de carbono, sino que forma superestructuras conocidas como superredes de Moiré. La superficie ya no es completamente plana y presenta un cierto grado de rugosidad.
“Si movemos la punta del AFM a través de esta superficie ligeramente ondulada a baja velocidad, medimos una fuerza de fricción débil y casi constante”, explica el profesor Ernst Meyer del Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea. “Sin embargo, por encima de cierto umbral, la fricción aumenta con la velocidad de la punta del AFM”, añade el Dr. Yiming Song, primer autor. “Cuanto más grande es la superestructura de Moiré, menor es el umbral en el que la fricción se vuelve dependiente de la velocidad”.
Los investigadores encontraron que existe una mayor resistencia en las crestas de las superestructuras de Moiré durante el movimiento de la punta. Estas crestas sufren una deformación elástica debido a la punta de empuje antes de relajarse nuevamente cuando la presión es suficientemente alta. Este efecto da como resultado mayores fuerzas de fricción que aumentan con la velocidad de la punta. Las simulaciones y un modelo analítico confirman los hallazgos experimentales obtenidos por este equipo internacional de investigadores.
Referencia: “Velocity Dependence of Moiré Friction” de Yiming Song, Xiang Gao, Antoine Hinaut, Sebastian Scherb, Shuyu Huang, Thilo Glatzel, Oded Hod, Michael Urbakh y Ernst Meyer, 30 de noviembre de 2022, Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03667
