美國賓夕法尼亞大學機械工程系的研究小組近來發現：滑動物體之間的摩擦可以通過改變接觸表面處的原子的原子量，從而在分子或納米尺度下降低摩擦。因為原子量大的較“重”原子的低頻振動減少了物體之間的能量損耗。此項研究發表在11月2日的《科學》雜志上。
 
      實驗中，科學家采用原子力顯微鏡如同老式唱片機針頭那樣，通過在金剛石和硅晶體表面劃移來測量摩擦力。在此之前，研究人員先將上述晶體表面鍍上兩種特別設計吸附物中的一種，此吸附物可以很好地反映出表面處原子的振動情況，第一種吸附物為氫原子，另外一種是氫的同位素氘。
 
      研究發現表面較“重”的原子，比如本實驗中的氘，會產生很少的熱損失。對此解釋為原子量較大氘會導致表面原子的低頻振動。從而使得這些原子與其上的原子力顯微鏡針尖接觸的幾率大為降低，因此熱量損耗也相對較慢。
 
      晶體表面的單原子層充當能量傳遞的介質，吸收原子力顯微鏡針尖處的動能。研究發現吸收能量的多少與被吸附體固有頻率有關。原子量越大的原子，相應固有頻率也越低。相對原子量較小的原子具有較快的振動頻率，因此能量損耗的也相應較快。
 
      長期以來，工業上一直關心如何減少物體之間的摩擦，既要保持系統能量，同時也要降低其產生的熱以及磨損，熱與磨損可以削弱機械和材料性能使其易斷裂。研究者指出應用此摩擦模型，即采用相反增大摩擦的方法，可應用于一些機械零件比如汽車的離合器。研究人員將繼續深入地研究摩擦的具體機制，以及一些目前相關的尚未解決的問題包括摩擦對周圍環境溫度和空氣的影響。
 
      這項研究是由以下人員完成：賓夕法尼亞大學工程及應用科學學院材料科學與工程系的Carpick和Brukman，和現為Ibm蘇黎世研究實驗室的Rachel J. Cannara以及現為阿貢國家實驗室的Anirudha V. Sumant和休斯敦大學Steven Baldelli 和Katherine Cimatu。
 
      此項研究得到了美國國家科學基金會，美國國家研究生研究基金和空軍科學研究的資助。