Zergatik berotzen dira gauzak elkarrekin igurtziz gero? Maila atomikoko marruskadura dinamikoaren misterioa argitzen.

Marruskadurak, eguneroko fenomenoa izanik, zientzialariak harritu ditu mendeetan zehar. Sakon ikertu arren, gure ulermenak osagabe jarraitzen du, eskala desberdineko elkarreraginak direla eta. Objektuen arteko ukipen-baldintza zehatzak zehatz-mehatz ulertzea aspaldiko erronka izan den arren, mikroskopian egindako aurrerapenei esker berriki heldu izan ahal zaio.

Hala ere, aurrerapen teknologiko horiekin ere, marruskadura dinamikoa —molekula baten mugimenduari eusteko behar den indarra— konplexua izaten jarraitu du. Zientzialariek gainazal batean molekula bakar bat mugituz marruskadura estatikoa neurtu ahal izan dute, baina oraindik ez dira guztiz menderatu marruskadura dinamikoaren neurketa eta ulermen teorikoa.

Orain, Kanazawako Unibertsitateko (Japonia), Regensburgeko Unibertsitateko (Alemania) eta DIPC-ko lankidetza-talde batek erronka horretan murgildu den ikerketa berritzailearen berri eman dute Physical Review Letters eta Physical Review B aldizkarietan argitaratutako lanetan. Indar atomikoaren mikroskopioa erabiliz, kobrezko gainazal batean karbono monoxido (CO) molekula baten manipulazioa zehatz-mehatz aztertu dute.

Ab initio kalkuluetan oinarrituta, egindako aurkikuntzek CO molekula mikroskopioaren punta eta gainazalarekiko nola kokatzen den, eta zer erlazio dagoen puntak eragindako molekularen mugimenduaren, energia-disipazioaren eta marruskadura estatiko eta dinamikoaren artean argitzen dute.

“Marruskaduraren konplexutasun atomikora egindako bidaia desafiatzailea eta argigarria izan da. Ustekabeko tarteko egoera bat aurkitzeak aldatu egin du gure ulermena. Pentsa ezazue azalera ez dela hain laua eskala atomikoan, bolak elkarrekin oso paketatuta dauden billar-mahai bat imagina ezazue. Normalean, molekula bola bakar baten gainean eroso sentitzen da. Baina "mahai" hori zeharkatzean, zuzenean pilota batetik hurrengora jauzi egin beharrean, ohartu ginen molekulak desbideratze harrigarri bat hartzen zuela batzuetan, eta une batez bi bolen artean kokatzen zela. Ezusteko "pauso" horrek zalantzan jartzen du molekula nola mugitzen den ulertzeko dugun modua, eta marruskaduraren mekanika zehatzari buruzko informazio erabakigarria ematen du". Frederiksen irakasleak azaldu du.

Marruskadura-prozesuaren azalpen argia eskaintzen du ikerketa honek. Azterketa luzeko fenomeno bati buruzko ikuspegi berriak emateaz gain, energia-xahutzearen erlaxazio-prozesuei buruzko etorkizuneko azterlanetarako bidea ere ematen du.

Bi artikuluak batera argitaratu ziren 2023ko urriaren 2an:

Dynamic friction unraveled by observing an unexpected intermediate state in controlled molecular manipulation. Norio Okabayashi, Thomas Frederiksen, Alexander Liebig, and Franz J. Giessibl. Phys. Rev. Lett. 131 (2023).

Energy dissipation of a carbon monoxide molecule manipulated using a metallic tip on copper surfaces.
Norio Okabayashi, Thomas Frederiksen, Alexander Liebig, and Franz J. Giessibl. Phys. Rev. B 108 (2023)