L'attrito alla scala atomica? Una bolla
In un articolo pubblicato su Pnas, ricercatori dell’Infm-Cnr dimostrano come
questa forza, alla scala atomica, agisca in modo analogo all’ebollizione
dell’acqua. La comprensione del fenomeno è fondamentale per dispositivi come
lettori di hard disk e Mems
Comprendere e controllare l'attrito, fenomeno molto comune che si verifica
quando un corpo scivola su una superficie, ha un'importanza fondamentale per
moltissimi dispositivi e processi industriali, poiché le due parti in
contatto tendono a riscaldarsi e ad usurarsi. Ad esempio, nei dispositivi di
lettura dei dischi rigidi dei computer o nei sistemi micro-elettro-meccanici
(i cosiddetti Mems) utilizzati per i sensori, dove si agisce su superfici di
contatto sempre più piccole. Per controllare l'attrito in questi sistemi è
necessario capire come questa forza agisca a scale così piccole, tali che il
comportamento dei singoli atomi sulla superficie di contatto diventa
rilevante.
“Nell'articolo pubblicato su Pnas - Proceedings of the national academy of
sciences”, spiega Stefano Zapperi, ricercatore dell’Istituto nazionale di
fisica della materia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Infm),
autore dello studio in collaborazione con Marco Reguzzoni, Mauro Ferrario e
Maria Clelia Righi, “abbiamo mostrato tramite simulazioni numeriche che
quando due superfici (nel caso in questione un cristallo di xenon su di un
piano di rame) vengono ‘sfregate’ alla scala atomica, lo scorrimento avviene
in maniera graduale. In principio, si sposta solo una piccola zona, una
bolla composta da un centinaio di atomi, e solo in seguito la bolla cresce
trascinando l'intera superficie”.
Questo ha permesso agli scienziati di formulare una teoria per l'attrito
alla scala atomica che consente di calcolare il tempo necessario perché due
superfici si mettano in moto. “Dal punto di vista matematico”, prosegue il
ricercatore del Cnr-Infm, “la formazione di queste bolle segue le stesse
leggi che determinano il passaggio tra un liquido e un gas, il fenomeno
osservato anche quando si fa bollire l'acqua. Una conseguenza importante di
questo lavoro è che la forza effettiva di attrito tra le superfici dipende
dalla possibilità di creare queste bolle nel sistema ed è quindi molto
inferiore a quanto si potrebbe stimare da un calcolo diretto delle forze tra
gli atomi delle superfici in contatto”.
Di questa conseguenza si dovrà tener conto nella progettazione di futuri
dispositivi alla scala atomica in cui l'attrito gioca un ruolo determinante.
Anche superfici che in teoria non dovrebbero scorrere, potrebbero infatti
farlo creando una di queste bolle, con conseguenze sulla stabilità del
dispositivo.
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