Aclarando el misterio de la fricción con superficies a las que no se toca

Una nueva investigación revela los secretos de la fricción nanométrica producida cuando se emplea un microscopio de fuerza atómica para observar la superficie de ciertos materiales.

Los microscopios de fuerza atómica son capaces de producir imágenes espectaculares de objetos tan diminutos como átomos individuales. Eso es posible gracias a la oscilación de la punta muy afilada de una sonda que se aproxima a la superficie a ser observada. La punta nunca toca la superficie, pero se acerca tanto, a distancias del orden de una milmillonésima parte de un metro, que "siente" la fuerza ejercida por la interacción con los átomos que componen al material que está siendo observado. Estas fuerzas son diminutas, en el orden de los nanonewtons, pero midiéndolas con la suficiente precisión es factible obtener datos del objeto observado que permiten confeccionar una imagen bastante detallada del mismo.

Unos investigadores de la Escuela Internacional Superior de Estudios Avanzados (SISSA, por sus siglas en italiano) de Trieste, Italia, y la Universidad de Basilea en Suiza, han observado y explicado un efecto peculiar, una fuente de "fricción" en este tipo de observaciones nanoscópicas.

Cuando la punta del microscopio oscila sobre ciertas superficies, por ejemplo seleniuro de niobio como ha sido el caso en el nuevo estudio, se pueden observar picos de pérdida de energía justo cuando la punta se encuentra a distancias específicas de la superficie observada, como si fuera frenara, en posiciones específicas, por algún tipo de fricción. Este efecto, que está relacionado con una propiedad de las superficies conocida como ondas de densidad de carga, fue observado experimentalmente por físicos de la Universidad de Basilea y explicado por Franco Pellegrini, Giuseppe Santoro y Erio Tosatti, de la SISSA, por medio de un modelo teórico analizado con el uso de simulaciones numéricas.

Representación gráfica del "sistema" estudiado por Pellegrini, Santoro y Tosatti. (Imagen: SISSA)

Este modelo describe en detalle la interacción entre la punta del microscopio de fuerza atómica y las ondas de densidad de carga. El modelo mencionado reproduce y predice los datos observados experimentalmente.

Conocer bien esta nanofricción es importante en nuestros días, y aún lo será más en el futuro. La miniaturización creciente de los dispositivos electrónicos hace crucial comprender a fondo los mecanismos subyacentes en esas pérdidas de energía.
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