Aktuelles: Warum es hei? wird, wenn man Dinge aneinander reibt

Reibung, ein allt?gliches Ph?nomen, hat die Wissenschaft seit Jahrhunderten besch?ftigt. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten ist unser Verst?ndnis nach wie vor lückenhaft, was vor allem auf die vielf?ltigen Wechselwirkungen zurückzuführen ist, die sich über unterschiedliche L?ngenbereiche erstrecken. Das exakte Verst?ndnis der Kontaktbedingungen zwischen Objekten ist seit langem eine Herausforderung, die erst kürzlich durch Fortschritte in der Rastersondenmikroskopie m?glich wurde.

Doch selbst mit diesen technologischen Durchbrüchen blieben die Feinheiten der dynamischen Reibung - die Kraft, die zur Aufrechterhaltung der Bewegung eines Moleküls erforderlich ist - schwer zu erfassen. W?hrend Wissenschaftler*innen die statische Reibung messen konnten, indem sie ein einzelnes Molekül auf einer Oberfl?che bewegten, waren sowohl die Messung als auch das theoretische Verst?ndnis der dynamischen Reibung noch nicht vollst?ndig erforscht.
In den Fachzeitschriften Physical Review Letters und Physical Review B berichtet nun ein Team der Universit?t Kanazawa (Japan), des Donostia International Physics Center (Spanien) und der Universit?t Regensburg (Prof. Dr. Franz J. Giessibl, Lehrstuhl für Quanten-Nanowissenschaft) über eine bahnbrechende Studie, die sich mit dieser Herausforderung eingehend befasst. Sie haben die Manipulation eines Kohlenstoffmonoxid (CO)-Moleküls auf einer einkristallinen Kupferoberfl?che mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops genauestens untersucht. Gestützt auf Berechnungen geben ihre Ergebnisse Aufschluss über:
1. Die Positionierung des CO-Moleküls relativ zur Mikroskopspitze und zur Oberfl?che.
2. ?ber die Beziehung zwischen der durch die Spitze induzierten Bewegung des Moleküls, der W?rmeerzeugung sowie der Haft- und der Gleitreibung.

?Reibung l?sst sich letztlich auf die Kr?fte atomarer Kontakte zwischen zwei reibenden K?rpern zurückführen. Als Modell kann man sich ein Ei im Eierkarton vorstellen, dessen Vertiefungen die bevorzugten Pl?tze eines darauf ?reibenden" Atoms darstellen. Die Kr?fte, die zwischen Atomen wirken, haben aber keine so einfache Natur wie die Kr?fte, denen ein Ei im Eierkarton unterliegt. Vielmehr unterliegt die Natur dieser Kr?fte der Quantenmechanik, und nicht der einfacheren und viel ?lteren klassischen Mechanik. Professor Okabayashi und seine Kollegen haben nun gefunden, dass beim Schieben eines Kohlenstoffmonoxid-Moleküls über eine Metalloberfl?che ein mysteri?ser Brückenzustand ausgebildet wird, der nur durch die Quantenmechanik der Reibung beschrieben werden kann", erkl?rt Prof. Dr. Giessibl

{web_name}e Forschungsarbeit zeichnet sich durch ihre unmissverst?ndliche Klarheit über den Reibungsprozess aus. Sie bietet nicht nur neue Einblicke in ein seit langem untersuchtes Ph?nomen, sondern ebnet auch den Weg für künftige Studien über die atomaren Prozesse bei der Umwandlung mechanischer Energie in W?rme.

Originalpublikationen:
PHYSICAL REVIEW LETTERS
Norio Okabayashi, Thomas Frederiksen, Alexander Liebig, Franz J. Giessibl; ?Dynamic Friction Unraveled by Observing an Unexpected Intermediate State in Controlled Molecular Manipulation”; 2023; Phys. Rev. Lett. 131, 148001
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.148001 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)
https://journals.aps.org/prl/accepted/f5075Yc2N5e1d77db92d2f819acd0df5751856c19 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)

PHYSICAL REVIEW B
Norio Okabayashi, Thomas Frederiksen, Alexander Liebig, Franz J. Giessibl, ?Energy dissipation of a carbon monoxide molecule manipulated using a metallic tip on copper surfaces”; 2023, Phys. Rev. B 108, 165401
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.165401 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)
https://journals.aps.org/prb/accepted/70075O94N0114242039c12a631f9e8b39eaaabc16 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)