یه خبر خیلی جالب از طرف دانشمندای چینی اومده که واقعاً میشه گفت مغز آدم سوت می‌کشه! بذار از اول برات تعریف کنم. همه‌مون با اصطکاک آشناییم، همون چیزی که وقتی چیزی رو رو سطحی می‌کشی حسش می‌کنی و باعث میشه حرکتش سخت‌تر بشه، مثلاً وقتی بخوای یه جعبه سنگین رو رو زمین بکشی. اما تو دنیای میکروسکوپی، یعنی اون‌جایی که با اتم‌ها و الکترون‌ها سر و کار داریم، داستان کامل فرق می‌کنه و هنوز کلی مسئله حل نشده هست.
تا حالا فکرش رو کردی که دانشمندا همه‌ش فکر می‌کردن اصطکاک فقط به خاطر ناهمواری‌ها و زبری سطحه؟ یعنی پستی بلندی‌های ریز ریز که بهم گیر می‌کنن و انرژی رو به گرما تبدیل می‌کنن. اما به کمک ابزار آزمایشگاهی پیشرفته جدید، دانشمندای امروزی دارن فراتر از این مدل‌های کلاسیک می‌رن و اصطکاک رو در ابعاد اتمی بررسی می‌کنن.
توی این داستان خفن، یک تیم از آزمایشگاه شیمی فیزیک لانژو، به رهبری پروفسور ژانگ جون‌یان و همکارش گونگ ژِن‌بین، با ظرافت کامل موفق شدن لبه‌های گرافن رو تا بزنن. گرافن هم که معرف حضورت هست؟ ورق فوق‌العاده نازکِ کربن، فقط یه اتم ضخامت داره، با خواص خیلی عجیب! تو این پروژه تونستن تعداد لایه‌ها و خمیدگی لبه‌های گرافن رو دقیق کنترل کنن و بعد اصطکاک رو توی این تاخوردگی‌ها و لایه‌ها اندازه بگیرن.
نتیجه چی شد؟ همینجا اصل ماجراست! وقتی تعداد لایه‌های گرافن رو زیاد می‌کردن، انتظار داشتیم اصطکاک همیشه بیشتر بشه، اما نه… برعکس! دیدن که اصطکاک نه تنها الکی خطی زیاد یا کم نمیشه، بلکه خیلی وقتا کاملاً غیرمنتظره نوسان می‌کنه و حتی کم هم میشه! این رفتار عجیب نشون میده که مدل‌های کلاسیک اصطکاک برای محیط‌های کوانتومی، مخصوصاً وقتی دو تا جامد رو روی هم می‌کشی، همیشه جواب نمیده.
سابقه این اکتشافات برمی‌گرده به سال ۲۰۲۲ که دانشمندای دیگه کشف کردن آب، به طرز عجیبی توی لوله‌های کربنی باریک‌تر، سریع‌تر حرکت می‌کنه! یعنی خلاف چیزی که همیشه تو لوله‌کشی‌های عادی می‌بینیم. این اتفاق رو نسبت دادن به پدیده «اصطکاک کوانتومی»؛ یعنی همون انرژی هدررفتی که دیگه فقط به خاطر زبری سطح نیست، بلکه ارتباط مستقیم داره با رفتارهای الکترونی در ابعاد خیلی خیلی ریز.
اصطکاک کوانتومی یعنی اصطکاکی که ناشی از تأثیرات کوانتومی الکترون‌ها روی سطوح و مرزهای ریز هست و کلاسیک نیست. تیم چینی الهام گرفت و رفت سراغ همین موضوع! با کنترل تعداد لایه‌های گرافن موقع تاخوردن، رفتار اصطکاک رو به صورت بی‌سابقه‌ای اندازه گرفتن و دیدن که گاهی با افزایش ضخامت، اصطکاک کمتر هم میشه! این دیگه همه پیش‌فرض‌ها رو به هم زد.
برنامه این تیم دقیقاً چی بود؟ اونا موقع تا زدن گرافن، یک فشار داخلی به وجود آوردن که حرکت الکترون‌ها رو توی گرافن تغییر می‌داد. این باعث میشه الکترون‌ها بیفتن توی حالت‌های انرژی خاص به اسم «pseudo-Landau levels» (حالات شبه-لاندو؛ یعنی سطوح انرژی خاصی که الکترون‌ها توی میدان مغناطیسی یا فشار پیچیده قرار می‌گیرن). نتیجه این میشه که انرژی کمتری به گرما تبدیل میشه و اصطکاک کلی کاهش پیدا می‌کنه.
حسنش اینه که تیم با استفاده از تکنیک‌هایی مثل «نانو-مانیوپولاسیون» (یعنی جابجایی خیلی دقیق اجسام در ابعاد فوق‌العاده ریز)، موفق شدن محیط کامل کنترل‌شده‌ای از گرافن درست کنن و همه چیز رو زیر دمای نزدیک صفر مطلق آزمایش کنن! (یعنی اونقدر سرد که تقریباً هیچ حرکتی از ذرات باقی نمی‌مونه.)
تا الان، این اولین مدرک مستقیم از وجود اصطکاک کوانتومی بین دو سطح جامد محسوب میشه. تیم پروژه تو شبکه‌های اجتماعی خیلی ذوق نشون دادن و گفتن این کشف حتی می‌تونه راه آینده برای ساخت تکنولوژی‌هایی باشه که اونجاها باید انرژی رو بهتر مدیریت کنیم؛ مثلاً توی نانو الکترونیک‌ها (یعنی قطعات خیلی کوچیک الکترونیکی) یا حتی کامپیوترهای کوانتومی (همون نسل جدید کامپیوترها که مبتنی بر اصول مکانیک کوانتومی کار می‌کنن و قدرتشون بی‌نهایته).
دانشمندا می‌خوان مرحله بعدی بررسی کنن که آیا این پدیده توی مواد دیگه هم جواب میده و میشه اصلاً تو شرایط معمول‌تر، نه فقط تو آزمایشگاه سرد، این رفتارها رو دید یا نه. در کل، فهمیدن اینکه انرژی واقعاً چجوری در ابعاد اتمی هدر می‌ره، می‌تونه به ما کمک کنه که یک روز بتونیم دستگاه‌هایی درست کنیم که تقریباً هیچ وقت انرژی‌شون تلف نمیشه!
خلاصه‌اش اینه که مقاله کاملشون رو هم گذاشتن تو ژورنال معتبر Nature Communications تا همه متخصصا بتونن بیشتر روش تحقیق کنن و احتمالا منتظر کشفیات عجیب‌تر بعدی باشیم. دنیا داره کوچیک‌تر، سریع‌تر و عجیب‌تر میشه و ما هم این وسط با چایی لم دادیم و خبرهاش رو دنبال می‌کنیم!
منبع: +
