Los investigadores han ideado un método para manipular la fricción electrónica (una fuerza persistente dentro de los materiales incluso en superficies perfectamente lisas) que potencialmente allana el camino para tecnologías más eficientes y duraderas. Si bien la fricción tradicional se aborda con lubricantes e ingeniería de superficies, esta fuerza recientemente controlable surge de las interacciones entre los electrones dentro de los propios materiales.
El problema de la fricción ‘invisible’
La fricción es una fuerza fundamental que se opone al movimiento, esencial para acciones cotidianas como caminar o encender una cerilla. En las máquinas, es una fuente importante de pérdida y desgaste de energía. Los enfoques convencionales se centran en minimizar la fricción mecánica , pero incluso con una superficie perfectamente lisa, la fricción electrónica permanece. Esto ocurre porque los electrones dentro de los materiales interactúan a medida que se mueven, disipando energía independientemente de la lubricación. El desafío es que esta fricción “oculta” continúa existiendo incluso cuando la fricción mecánica es insignificante.
Nuevo dispositivo permite el control electrónico de la fricción
Un equipo dirigido por Zhiping Xu de la Universidad de Tsinghua en China construyó un dispositivo utilizando grafito y un semiconductor (molibdeno/azufre o boro/nitrógeno). Estos materiales son inherentemente buenos lubricantes sólidos, lo que significa que la fricción mecánica entre ellos es casi inexistente. Esta configuración permitió a los investigadores aislar y estudiar la fricción electrónica. Descubrieron que incluso en un deslizamiento mecánico perfecto, el movimiento agita los electrones, generando una pérdida de energía.
Dos métodos para controlar la fuerza
El equipo demostró dos formas de manipular esta fricción electrónica:
- Aplicar presión: Esto obliga a los electrones entre las capas a compartir estados, lo que reduce las interacciones energéticamente costosas.
- Aplicar un “voltaje de polarización”: Esto regula cuánto se altera el mar de electrones, controlando efectivamente el nivel de fricción.
Refinaron aún más el control cambiando el voltaje en diferentes partes del dispositivo, lo que permitió realizar ajustes precisos en lugar de simplemente un interruptor de encendido/apagado.
Por qué esto es importante
La primera observación de la fricción electrónica se remonta a 1998, cuando los investigadores notaron su desaparición en los superconductores a temperaturas extremadamente bajas. Desde entonces, el campo ha buscado formas de controlarlo sin reemplazos de materiales o lubricantes adicionales. El objetivo final, según Jacqueline Krim de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, es el control remoto de la fricción en tiempo real, como ajustar el agarre del zapato según sea necesario.
Implicaciones futuras
Si bien aún se está desarrollando un modelo matemático integral que vincule todos los tipos de fricción, Xu cree que estos hallazgos son prometedores para aplicaciones donde la fricción electrónica domina el desperdicio o el desgaste de energía. En última instancia, esta investigación podría conducir a dispositivos con una vida útil significativamente mayor y un consumo de energía reducido al abordar una fuente de ineficiencia que antes era incontrolable.
La capacidad de manipular la fricción electrónica representa un paso sustancial hacia tecnologías más eficientes, lo que podría afectar a industrias que van desde la manufactura hasta la electrónica de consumo.
