En studie publicerad av Andrea Vanossi, Nicola Manini och Erio Tosatti - tre SISSA-forskare - i PNAS ( Proceedings of the National Academy of Sciences ) tillhandahåller ett nytt verktyg för att bättre förstå hur glidfriktion fungerar i nanoribologi, genom kolloidala kristaller.

Genom att teoretiskt studera dessa system av laddade mikropartiklar, forskare kan analysera friktionskrafter genom simuleringar av molekylär dynamik med noggrannhet som aldrig upplevts tidigare.

"Det finns flera och mycket konkreta möjligheter", sa Andrea Vanossi, en av medlemmarna i forskargruppen. "Tänk bara på den ständiga miniatyriseringen av högteknologiska komponenter och på alla olika nanotekniksektorer:om vi förstår hur friktion fungerar på dessa nivåer, vi kommer att kunna skapa ännu mer effektiva molekylära motorer eller funktionella mikrosystem”.

Kolloider är en del av vår vardag (t.ex. mjölk, asfalt eller rök) och de skiljer sig efter tillståndet hos det dispergerade och dispergerande ämnet (vätska, fast eller gasformig).

Simuleringarna utfördes av SISSA i samarbete med ICTP, Institutionen för fysik i Milano och CNR-IOM Institute for Materials Manufacturing och de gjorde det möjligt att förstå vad som händer när ett kolloidalt monolager glider mot ett optiskt riktmedel och modifierar vissa parametrar som ytkorrugering, drifthastighet eller kontaktgeometri.

Forskningsmetoden är också något nytt. Innan denna simulering utfördes, endast några nyligen genomförda experiment utförda i Tyskland försökte för första gången beskriva beteendet hos enskilda partiklar av en kolloid under friktionsförhållanden, men aldrig på ett så exakt sätt.

Mer i detalj, forskare föreslår också ett sätt att direkt extrahera energin som förloras i friktionen genom att använda kolloidens gliddata. "Denna studie är innovativ också eftersom den kommer att göra det möjligt att förutsäga de olika regimerna av statisk friktion som realiseras enligt tätheten av kolloider och styrkan hos det optiska riktmedlet", lade till Erio Tosatti, ytterligare en medlem i forskargruppen. "Allt detta låter oss anta att kristallina fasta ytor kommer att agera på ett liknande sätt. Vi har aldrig tidigare kunnat göra en sådan hypotes".

Denna studie kommer att öppna vägen för nya system för att utforska komplexiteten i liknande händelser, kanske i mikroskopisk skala.