Einfluss von Elektronen bei Reibungsverlusten geklärt
Der Einfluss der Elektronen an Reibungsverlusten ist deutlich höher als bisher vermutet. Zu diesem Schluss kommt eine Studie von Physikern der Universität Basel, die in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins «Nature Materials» publiziert ist. Ihre Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe wichtig werden.
Seit rund 500 Jahren fasziniert das Phänomen der Reibung die Wissenschaft – angefangen bei Leonardo da Vinci mit seinen ersten Studien zur Gleitreibung. Noch heute forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler intensiv an diesem Thema, wobei ausgefeilte Techniken sie in die Lage versetzen, die Reibung auf der atomaren Skala zu untersuchen.
Der Gruppe um Prof. Dr. Ernst Meyer, Ordinarius für Experimentelle Physik an der Universität Basel, ist nun ein Durchbruch in der Erforschung der Reibung gelungen, indem sie den Einfluss der Elektronen an Reibungsverlusten untersuchen und klären konnte. In einem Reibungsprozess geht nämlich Energie verloren, die über verschiedene Kanäle abgeführt wird. Bis anhin war unklar, welchen Anteil die Elektronen an diesem Energieverlust haben.
Dazu untersuchte das Forschungsteam das Reibungsverhalten von Niob, einem supraleitenden Material, sowohl im supraleitenden wie auch im normalleitenden Zustand. 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 konnte eine deutliche Reduktion der Reibungsverluste um über 60% festgestellt werden, was deutlich höher ist als bisher angenommen.
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.
Originalveröffentlichung
Marcin Kisiel, Enrico Gnecco, Laurent Marot, Urs Gysin, Simon Rast, Ernst Meyer; "Suppression of electronic friction on Nb films in the superconducting state"; Nature Materials, January 9th
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