p O atrito está ao nosso redor, trabalhando contra o movimento dos pneus no pavimento, o rabisco de uma caneta no papel, e até mesmo o fluxo de proteínas na corrente sanguínea. Sempre que duas superfícies entram em contato, existe atrito, exceto em casos muito especiais onde o atrito essencialmente desaparece - um fenômeno, conhecido como "superlubricidade, "em que as superfícies simplesmente deslizam umas sobre as outras sem resistência. p Agora, os físicos do MIT desenvolveram uma técnica experimental para simular o atrito em nanoescala. Usando sua técnica, os pesquisadores são capazes de observar diretamente átomos individuais na interface de duas superfícies e manipular seu arranjo, ajustar a quantidade de atrito entre as superfícies. Ao alterar o espaçamento dos átomos em uma superfície, eles observaram um ponto em que o atrito desaparece.

p Vladan Vuletic, o professor de física Lester Wolfe no MIT, afirma que a capacidade de ajustar o atrito seria útil no desenvolvimento de nanomáquinas - robôs minúsculos construídos a partir de componentes do tamanho de moléculas individuais. Vuletic diz que em nanoescala, o atrito pode exigir uma força maior, por exemplo, criando desgaste em motores minúsculos muito mais rápido do que ocorre em escalas maiores.

p "Há um grande esforço para entender o atrito e controlá-lo, porque é um dos fatores limitantes para nanomáquinas, mas houve relativamente pouco progresso no controle real do atrito em qualquer escala, "Vuletic diz." O que há de novo em nosso sistema é, pela primeira vez na escala atômica, podemos ver essa transição do atrito para a superlubricidade. "

p Vulético, junto com os alunos de graduação Alexei Bylinskii e Dorian Gangloff, publicar seus resultados hoje no jornal Ciência .

p Campos de fricção e força

p A equipe simulou o atrito em nanoescala, primeiro projetando duas superfícies a serem colocadas em contato:uma rede óptica, e um cristal de íon.

p A rede óptica foi gerada usando dois feixes de laser viajando em direções opostas, cujos campos se somam para formar um padrão periódico sinusoidal em uma dimensão. Esta chamada rede óptica é semelhante a uma caixa de ovos, onde cada pico representa um potencial elétrico máximo, enquanto cada cavidade representa um mínimo. Quando os átomos viajam através de tal campo elétrico, eles são atraídos para locais de potencial mínimo - neste caso, as calhas.

p Vuletic então projetou uma segunda superfície:um cristal de íon - essencialmente, uma grade de átomos carregados - a fim de estudar os efeitos do atrito, átomo por átomo. Para gerar o cristal de íon, o grupo usou luz para ionizar, ou cobrar, átomos de itérbio neutros emergindo de um pequeno forno aquecido, e então resfriou-os com mais luz laser até um pouco acima do zero absoluto. Os átomos carregados podem ser capturados usando tensões aplicadas a superfícies metálicas próximas. Uma vez carregado positivamente, cada átomo se repele por meio da chamada "força de Coulomb". A repulsão efetivamente mantém os átomos separados, de modo que eles formam uma superfície cristalina ou semelhante a uma rede.

p A equipe então usou as mesmas forças que são usadas para prender os átomos para empurrar e puxar o cristal de íon através da rede, bem como esticar e comprimir o cristal de íon, muito parecido com um acordeão, alterando o espaçamento entre seus átomos.

p Um terremoto e uma lagarta

p Em geral, os pesquisadores descobriram que, quando os átomos no cristal de íon eram regularmente espaçados, em intervalos que correspondiam ao espaçamento da rede óptica, as duas superfícies experimentaram atrito máximo, muito parecido com dois blocos de Lego complementares. A equipe observou que quando os átomos são espaçados de modo que cada um ocupe uma cavidade na rede óptica, quando o cristal de íon como um todo é arrastado pela rede óptica, os átomos primeiro tendem a se prender nas cavidades da rede, vinculados lá por sua preferência pelo menor potencial elétrico, bem como pelas forças de Coulomb que mantêm os átomos separados. Se força suficiente for aplicada, o cristal de íon desliza repentinamente, à medida que os átomos saltam coletivamente para a próxima depressão.

p "É como um terremoto, "Vuletic diz." Há uma força acumulada, e, de repente, ocorre uma liberação catastrófica de energia. "

p O grupo continuou a esticar e apertar o cristal de íon para manipular o arranjo dos átomos, e descobriu que se o espaçamento do átomo for incompatível com o da rede óptica, o atrito entre as duas superfícies desaparece. Nesse caso, o cristal tende a não grudar e, de repente, escorregar, mas para se mover com fluidez através da rede óptica, muito parecido com uma lagarta avançando lentamente pelo chão.

p Por exemplo, em arranjos onde alguns átomos estão em depressões enquanto outros estão em picos, e ainda outros estão em algum lugar no meio, à medida que o cristal de íon é puxado através da rede óptica, um átomo pode deslizar um pouco para baixo em um pico, liberando um pouco de estresse, e tornando mais fácil para um segundo átomo sair de uma depressão - que por sua vez puxa um terceiro átomo junto, e assim por diante.

p "O que podemos fazer é ajustar à vontade a distância entre os átomos para que sejam combinados com a rede óptica para o atrito máximo, ou incompatível sem atrito, "Vuletic diz.

p Gangloff acrescenta que a técnica do grupo pode ser útil não apenas para realizar nanomáquinas, mas também para controlar proteínas, moléculas, e outros componentes biológicos.

p "No domínio biológico, existem várias moléculas e átomos em contato uns com os outros, deslizando como motores biomoleculares, como resultado de atrito ou falta de atrito, "Gangloff diz." Portanto, esta intuição de como organizar os átomos de modo a minimizar ou maximizar o atrito pode ser aplicada. "