Un gruppo di ricerca del National Institute for Materials Science (NIMS) ha scoperto che la quantità di forza di attrito tra le molecole organiche e un substrato di zaffiro nel vuoto può essere modificata ripetutamente avviando e interrompendo l'irradiazione della luce laser.

Un gruppo di ricerca NIMS guidato da Masahiro Goto, Illustre ricercatore capo, Centro per la ricerca verde sui materiali energetici e ambientali, e Michiko Sasaki, ricercatore post-dottorato, Center for Materials Research by Information Integration (attualmente borsista post-dottorato presso l'Università di Tokyo) ha scoperto che la quantità di forza di attrito tra le molecole organiche e un substrato di zaffiro nel vuoto può essere modificata ripetutamente avviando e interrompendo l'irradiazione della luce laser. Questa scoperta potrebbe potenzialmente portare allo sviluppo di una tecnologia che consenta di controllare il movimento di micromacchine e altre piccole parti di guida.

Le prestazioni delle micromacchine, utilizzate come componenti mobili in piccoli dispositivi come sensori di accelerazione e giroscopi, sono fortemente influenzate dalla forza di adesione (la forza di attrazione tra due o più materiali che si attaccano l'uno all'altro). La forza di adesione in una micromacchina aumenta la forza di attrito. Poiché l'aumento della forza di attrito ostacola seriamente il movimento dei componenti in movimento, è necessario mantenere un basso livello di forza di adesione. Inoltre, se il livello di forza di attrito può essere controllato, può essere possibile controllare il movimento di micromacchine, portando all'espansione del loro utilizzo e al miglioramento delle loro funzioni. In precedenza è stata prestata molta attenzione alle tecniche che consentono di utilizzare materiali a base di silicio, un importante materiale per micromacchine, da rivestire con carbonio diamantato, monostrati autoassemblati, o film organici contenenti fluoro al fine di ridurre la forza di attrito e quindi migliorare il movimento delle micromacchine. Però, era difficile controllare i coefficienti di attrito di due parti adiacenti rivestendole perché i coefficienti sono determinati prevalentemente dai materiali utilizzati in queste parti.

Il gruppo di ricerca ha inventato un metodo completamente nuovo per controllare la forza di attrito tra i materiali utilizzando l'irradiazione della luce. Nello specifico, il gruppo ha irradiato un'area localizzata di un cantilever rivestito con molecole organiche con luce laser e ha osservato che la forza di attrito tra il cantilever rivestito e un substrato di zaffiro è aumentata del 15% utilizzando una tecnica microscopica a scansione di sonda nota come modalità di forza di attrito. Inoltre, il gruppo è stato in grado di aumentare e diminuire ripetutamente la forza di attrito accendendo e spegnendo la luce laser.

Questi risultati possono portare allo sviluppo di tecniche per controllare il movimento delle micromacchine e contribuire all'identificazione del meccanismo di attrito di base. Mentre in questo studio è stato ottenuto il controllo della forza di attrito della luce a livello nanometrico, la tecnica può essere applicabile anche al controllo dei fenomeni di attrito a livello macro.