Der Einfluss von Elektronen an Reibungsverlusten ist deutlich höher als bisher vermutet. Das belegt jetzt eine in „Nature Materials“ veröffentlichte Studie am Supraleiter Niob. Die neue Erkenntnis über die grundlegenden Prozesse der Reibung könnte bei der zukünftigen Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe eine wichtige Rolle spielen.
Seit rund 500 Jahren fasziniert das Phänomen der Reibung die Wissenschaft – angefangen bei Leonardo da Vinci mit seinen ersten Studien zur Gleitreibung. In einem Reibungsprozess geht Energie verloren, die über verschiedene Kanäle abgeführt wird. Noch heute forschen Wissenschaftler intensiv an diesem Thema, wobei ausgefeilte Techniken sie in die Lage versetzen, die Reibung auch auf der atomaren Skala zu untersuchen. Bisher war unklar, welchen Anteil die Elektronen an diesem Energieverlust haben.
Reibungsverhalten von Niob untersucht
Physikern der Universität Basel um Professor Ernst Meyer ist nun ein Durchbruch in der Erforschung der Reibung gelungen: Sie haben den Einfluss der Elektronen auf Reibungsverluste geklärt. Dazu untersuchte das Forschungsteam das Reibungsverhalten des Supraleiters Niob sowohl im supraleitenden wie auch im normalleitenden Zustand. Eine ultrafeine bewegliche Spitze aus Silizium wurde dabei im Abstand von maximal drei Nanometern über die Oberfläche eines Niobfilms geführt und die dabei entstehenden Reibungskräfte gemessen. Der Versuch fand im Hochvakuum statt und unter extem tiefen Temperaturen.
Beim Übergang in den supraleitenden Zustand werden die Elektronen paarweise in sogenannte Cooper-Paare gebunden, worauf sie nicht mehr als Energietransporteure des Reibungsverlustes wirken können. Dieser Vorgang ist auch für die verlustfreie Stromübertragung verantwortlich. Bei diesem Übergang stellten die Forscher nun auch eine deutliche Reduktion der Reibungsverluste um über 60 Prozent fest. Dies ist deutlich höher als bisher angenommen und belegt eine Beteiligung der Elektronen an der Reibung.
Die neue Erkenntnis über die grundlegenden Prozesse von Reibung könnte bei der zukünftigen Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe eine wichtige Rolle spielen. Gesucht wird nun nach weiteren Möglichkeiten, die Energieverlustkanäle zu unterbinden. (Nature Materials, 2011; DOI 10.1038/NMAT2936 )
(Universität Basel, 11.01.2011 – NPO)
