En forskargrupp från National Institute for Materials Science (NIMS) upptäckte att mängden friktionskraft mellan organiska molekyler och ett safirsubstrat i vakuum kan ändras upprepade gånger genom att starta och stoppa laserljusbestrålning.

En NIMS forskargrupp ledd av Masahiro Goto, Erkänd chefsforskare, Centrum för grön forskning om energi och miljömaterial, och Michiko Sasaki, postdoktor, forskare, Center for Materials Research by Information Integration (för närvarande postdoktor vid University of Tokyo) upptäckte att mängden friktionskraft mellan organiska molekyler och ett safirsubstrat i ett vakuum kan ändras upprepade gånger genom att starta och stoppa laserljusbestrålning. Denna upptäckt kan potentiellt leda till utvecklingen av teknik som gör det möjligt att kontrollera rörelsen av mikromaskiner och andra små drivande delar.

Prestandan hos mikromaskiner – som används som rörliga komponenter i små enheter som accelerationssensorer och gyroskop – påverkas kraftigt av vidhäftningskraften (attraktionskraften mellan två eller flera material som fastnar vid varandra). Vidhäftningskraften i en mikromaskin ökar friktionskraften. Eftersom ökad friktionskraft allvarligt hindrar rörliga komponenters rörelse, det är nödvändigt att upprätthålla en låg nivå av vidhäftningskraft. Dessutom, om nivån av friktionskraft kan kontrolleras, det kan vara möjligt att kontrollera mikromaskiners rörelser, leder till utökad användning och förbättring av deras funktioner. En hel del uppmärksamhet har tidigare uppmärksammats på tekniker som möjliggör kiselbaserade material, ett stort mikromaskinmaterial, att beläggas med diamantliknande kol, självmonterade monolager, eller fluorinnehållande organiska filmer för att minska friktionskraften och därigenom förbättra rörelsen hos mikromaskiner. Dock, det var svårt att kontrollera friktionskoefficienterna för två intilliggande delar genom att belägga dem eftersom koefficienterna bestäms övervägande av materialen som används i dessa delar.

Forskargruppen uppfann en helt ny metod för att kontrollera friktionskraften mellan material med hjälp av ljusbestrålning. Specifikt, gruppen bestrålade ett lokaliserat område av en konsol belagd med organiska molekyler med laserljus och observerade att friktionskraften mellan den belagda konsolen och ett safirsubstrat ökade med 15 % med hjälp av en mikroskopisk skanningssondsteknik känd som friktionskraftsläge. Dessutom, gruppen kunde öka och minska friktionskraften upprepade gånger genom att tända och släcka laserljuset.

Dessa fynd kan leda till utvecklingen av tekniker för att kontrollera mikromaskiners rörelser och bidra till identifieringen av grundläggande friktionsmekanismer. Medan kontroll av friktionskraft med ljus på nanonivå uppnåddes i denna studie, Tekniken kan också vara tillämpbar för kontroll av friktionsfenomen på makronivå.