NIM, l'Università di Tokyo e l'Università di Hiroshima hanno scoperto insieme per la prima volta, attraverso calcoli teorici ed esperimenti, che gli attriti macroscopici che si verificano tra le superfici dei minerali argillosi provengono da forze elettrostatiche interatomiche tra queste superfici. Questa scoperta può facilitare la progettazione di materiali lubrificanti solidi e la comprensione dei meccanismi di scorrimento delle faglie che causano terremoti.

Forze di attrito tra le superfici dei cristalli stratificati, come minerali argillosi, sono generalmente bassi. Si pensa che questa proprietà sia causa di frane e movimenti di faglia in natura. Sono stati fatti sforzi attivi nella ricerca sull'attrito per sviluppare lubrificanti solidi che riducono l'attrito e per altri scopi. Si pensava che l'origine dell'attrito tra superfici minerali argillose fosse indotta da una sorta di forze di legame; però, queste forze non sono state comprese in dettaglio a causa delle complesse influenze delle forze elettrostatiche e intermolecolari tra le superfici dei minerali argillosi, differenze di orientamento cristallografico tra queste superfici, rugosità superficiale e presenza di impurità.

Questo gruppo di ricerca congiunto ha studiato la muscovite, un minerale argilloso a strati, con superfici piatte e lisce a livello atomico. Il team ha prima rimosso l'umidità dallo spazio tra le superfici di muscovite (20 cm x 40 cm di area) applicando un'alta pressione in condizioni asciutte. Il team ha quindi misurato le forze di attrito tra le superfici di muscovite in diverse posizioni di scorrimento. Di conseguenza, il team ha osservato particelle di usura prodotte da superfici di muscovite consumate e ha scoperto che queste particelle possono aver annullato l'effetto dell'orientamento cristallografico sulle forze di attrito. Il team ha anche determinato le forze di attrito generate stimando le forze elettrostatiche interatomiche tra le superfici di contatto utilizzando calcoli di meccanica quantistica, assumendo che l'effetto dell'orientamento cristallografico sulle forze di attrito sia nullo. Le forze di attrito calcolate corrispondevano quasi perfettamente ai risultati sperimentali. Così, il team di ricerca ha confermato per la prima volta che gli attriti che si verificano tra le superfici dei minerali argillosi di decine di centimetri di dimensione sono controllati da forze elettrostatiche su scala atomica.

Negli studi futuri, i ricercatori sperano di sviluppare una teoria che spieghi la forza di attrito in un'ampia gamma di minerali argillosi, oltre alla moscovita. Tale teoria può fornire linee guida per la progettazione dei materiali per lubrificanti solidi che riducono l'attrito e altri prodotti correlati all'attrito.