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中国科学院兰州化学物理研究所纳米润滑课题组近期在固-固界面摩擦行为研究中取得重要突破，首次通过实验观测到量子摩擦现象，突破了传统摩擦理论的框架，为理解微观尺度下的摩擦机制提供了全新视角。
该团队利用原子力显微镜的纳米针尖操控技术，构建出具有可控曲率和层数的折叠石墨烯边缘结构，并在此基础上系统开展了纳米尺度下的摩擦力测量。实验结果显示，随着石墨烯层数的变化，边缘摩擦力呈现出明显的非线性响应，显著偏离经典摩擦定律在固—固接触界面的预测行为，表明在原子尺度下，传统摩擦模型已不再适用。
为进一步揭示这一现象的物理机制，研究人员结合扫描隧道显微镜与超快光谱技术，对折叠结构中的电子行为进行了深入观测与理论模拟。研究发现，石墨烯内部存在的非均匀应变能够调制电子跃迁参数，诱导产生等效规范场，从而形成强度高达数十特斯拉的赝磁场。这一效应引发电子结构的重构，显著抑制了电子与晶格振动（声子）之间的能量交换。
在这种量子调控下，原本连续的能量耗散通道被打破，电子跃迁转变为在赝朗道能级之间的量子化过程。实验数据显示，热电子的冷却时间从普通暴露边缘的0.32皮秒延长至折叠边缘的0.49皮秒，表明能量耗散过程被有效减缓，从而导致界面摩擦力显著下降。
此外，研究还发现摩擦力与势垒高度之间并不存在传统认为的正比关系。通过精确调控材料的微观几何结构，特别是折叠层数与应变分布，能够实现对量子摩擦行为的主动调控，展现出结构设计在降低纳米尺度摩擦中的巨大潜力。
该项工作不仅首次在实验上证实了固-固界面中量子摩擦的存在，也为未来低能耗纳米器件的设计提供了新的理论依据和技术路径。 | 
发表于 2025-7-30 01:22:39
