Ученые из Университета Констанца открыли ранее неизвестный тип трения, который возникает без соприкосновения поверхностей. В этом случае сопротивление движению создается не механическим контактом, а коллективным поведением магнитных элементов. Работа опубликована в журнале Nature Materials.
На протяжении более 300 лет трение описывается законом Амонтона, согласно которому оно растет с увеличением силы прижатия поверхностей. Однако новый эксперимент показал, что в магнитных системах это правило может нарушаться.
Исследователи создали установку из двух слоев магнитных элементов: один представлял собой решетку свободно вращающихся магнитов, расположенную над вторым магнитным слоем. Несмотря на отсутствие физического контакта, между ними возникала сила трения.
Результаты оказались неожиданными: трение было минимальным при очень малом и очень большом расстоянии между слоями, но резко возрастало на промежуточных значениях. Причиной стал конфликт магнитных состояний.
Верхний слой стремился к антипараллельной ориентации магнитных моментов, тогда как нижний — к параллельной. Это приводило к «фрустрации» — состоянию, при котором система не может выбрать устойчивую конфигурацию.
При движении магниты постоянно переключались между несовместимыми состояниями. Этот процесс сопровождался потерями энергии и приводил к появлению выраженного пика трения. Ученые считают, что эффект может проявляться и в других масштабах — например, в тонких магнитных материалах. Это открывает перспективу создания управляемого трения без износа, что важно для микро- и наноэлектромеханических систем.
В будущем такие механизмы могут использоваться в магнитных подшипниках, системах гашения вибраций и устройствах, где требуется точный контроль движения без физического контакта.
Ранее впервые была разгадана тайна магнитного поля на Луне.