7月6日，記者從中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所獲悉，該所納米潤(rùn)滑課題組首次在實(shí)驗(yàn)上觀察到固—固界面量子摩擦現(xiàn)象，系統(tǒng)構(gòu)建了電子、聲子耗散與摩擦的內(nèi)在關(guān)系，揭示了拓?fù)鋺?yīng)變誘導(dǎo)的量子態(tài)調(diào)控摩擦機(jī)制。相關(guān)研究論文發(fā)表于《自然·通訊》。

　　摩擦本質(zhì)和作用機(jī)制是摩擦學(xué)的基本科學(xué)問(wèn)題，數(shù)百年來(lái)，科學(xué)家對(duì)這一難題展開(kāi)了不懈探索，先后提出分子—機(jī)械學(xué)說(shuō)、粘著摩擦理論等學(xué)說(shuō)，奠定了經(jīng)典摩擦學(xué)的理論基礎(chǔ)。隨著納米力學(xué)技術(shù)、低維材料和量子材料體系的發(fā)展，摩擦研究逐漸從宏觀尺度拓展至聲子、電子尺度。

　　在本研究中，團(tuán)隊(duì)基于原子力顯微鏡納米針尖操縱技術(shù)，構(gòu)筑了具有可控曲率與層數(shù)的折疊石墨烯邊緣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開(kāi)展了納米尺度摩擦測(cè)量。研究人員發(fā)現(xiàn)，折疊石墨烯邊緣摩擦力隨層數(shù)呈現(xiàn)出顯著的非線性變化，違背了經(jīng)典摩擦定律在固—固界面下的適用性。

　　通過(guò)掃描隧道顯微鏡和超快光譜技術(shù)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與理論分析，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)石墨烯中非均勻應(yīng)變可通過(guò)調(diào)制電子躍遷參數(shù)引入等效規(guī)范場(chǎng)，產(chǎn)生高達(dá)數(shù)十特斯拉的贗磁場(chǎng)。其數(shù)學(xué)本質(zhì)是應(yīng)變對(duì)系統(tǒng)哈密頓量的佩爾斯變換(Peierls)，該變換導(dǎo)致拓?fù)浞瞧接沟哪軒е貥?gòu)。團(tuán)隊(duì)還在掃描隧道顯微鏡中觀測(cè)到量子化分立的贗朗道能級(jí)。

　　研究人員介紹，這種電子結(jié)構(gòu)變化顯著抑制了電子—聲子耦合，使電子耗散從連續(xù)態(tài)躍遷轉(zhuǎn)變?yōu)橼I朗道能級(jí)間的量子化躍遷，導(dǎo)致熱電子冷卻時(shí)間從暴露邊緣的0.32皮秒延長(zhǎng)至折疊邊緣的0.49皮秒，有效降低了能量耗散，從而顯著降低了摩擦。

　　據(jù)了解，研究不僅提供了固—固界面量子摩擦的首個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，還構(gòu)建了基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)控耗散模式的研究框架，驗(yàn)證了量子態(tài)調(diào)控界面電子耗散過(guò)程的可行性，對(duì)發(fā)展低能耗納米器件，以及進(jìn)行拓?fù)淞孔硬牧现械哪Σ琳{(diào)控具有指導(dǎo)意義。