I ricercatori hanno ideato un metodo per manipolare l’attrito elettronico, una forza persistente all’interno dei materiali anche su superfici perfettamente lisce, aprendo potenzialmente la strada a tecnologie più efficienti e durevoli. Mentre l’attrito tradizionale viene risolto con lubrificanti e ingegneria delle superfici, questa nuova forza controllabile deriva dalle interazioni tra gli elettroni all’interno dei materiali stessi.
Il problema dell’attrito “invisibile”.
L’attrito è una forza fondamentale che si oppone al movimento, essenziale per le azioni quotidiane come camminare o accendere un fiammifero. Nelle macchine, è una delle principali fonti di perdita di energia e usura. Gli approcci convenzionali si concentrano sulla riduzione al minimo dell’attrito meccanico , ma anche con una superficie perfettamente levigata, l’attrito elettronico rimane. Ciò si verifica perché gli elettroni all’interno dei materiali interagiscono mentre si muovono, dissipando energia indipendentemente dalla lubrificazione. La sfida è che questo attrito “nascosto” continua ad esistere anche quando l’attrito meccanico è trascurabile.
Il nuovo dispositivo consente il controllo elettronico dell’attrito
Un team guidato da Zhiping Xu dell’Università Tsinghua in Cina ha costruito un dispositivo utilizzando grafite e un semiconduttore (molibdeno/zolfo o boro/azoto). Questi materiali sono intrinsecamente buoni lubrificanti solidi, il che significa che l’attrito meccanico tra loro è quasi inesistente. Questa configurazione ha permesso ai ricercatori di isolare e studiare l’attrito elettronico. Hanno scoperto che anche in un perfetto scorrimento meccanico, il movimento muove gli elettroni, creando una perdita di energia.
Due metodi per controllare la forza
Il team ha dimostrato due modi per manipolare questo attrito elettronico:
- Applicazione di pressione: questo costringe gli elettroni tra gli strati a condividere stati, riducendo le interazioni energeticamente costose.
- Applicazione di una “tensione di polarizzazione”: Questa regola quanto il mare di elettroni viene disturbato, controllando efficacemente il livello di attrito.
Hanno ulteriormente perfezionato il controllo modificando la tensione su diverse parti del dispositivo, consentendo regolazioni precise anziché un semplice interruttore di accensione/spegnimento.
Perché è importante
La prima osservazione dell’attrito elettronico risale al 1998 quando i ricercatori ne notarono la scomparsa nei superconduttori a temperature estremamente basse. Da allora, il settore ha cercato soluzioni per controllarlo senza sostituzioni di materiali o lubrificanti aggiuntivi. L’obiettivo finale, secondo Jacqueline Krim della North Carolina State University, è il controllo remoto e in tempo reale dell’attrito, come regolare la presa della scarpa su richiesta.
Implicazioni future
Mentre un modello matematico completo che collega tutti i tipi di attrito è ancora in fase di sviluppo, Xu ritiene che questi risultati siano promettenti per le applicazioni in cui l’attrito elettronico domina lo spreco di energia o l’usura. Questa ricerca potrebbe infine portare a dispositivi con una durata di vita notevolmente estesa e un consumo energetico ridotto, affrontando una fonte di inefficienza precedentemente incontrollabile.
La capacità di manipolare l’attrito elettronico rappresenta un passo sostanziale verso tecnologie più efficienti, con un potenziale impatto su settori che vanno dalla produzione all’elettronica di consumo.
