Messung von Gleitreibung auf atomarer Ebene

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Alfred John Weymouth
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529680507

Vor kurzem haben wir Lateralkraftmikroskopie (LFM) eingesetzt, um kleine organische Moleküle abzubilden, die an einer Metalloberfläche adsorbiert sind. Da LFM bei niedriger Temperatur durchgeführt wurde, konnte die Spitze so gestaltet werden, dass sie in einem einzelnen, genau definierten Atom endete. Wir entdeckten, dass wir mit Hilfe eines einzelnen Kohlenmonoxid (CO)-Moleküls an der Spitze den Energieverlust messen können, der auftritt wenn wir über Oberflächenatompaare gleiten. Dies war die erste atomar kontrollierte Umsetzung des Prandtl-Tomlinson-Modells der Gleitreibung auf der Ebene einzelner Atome und eine erstaunlich empfindliche Messung: Die vertikale Abhängigkeit der Energiedissipation ist über zehnmal sensitiver als die des Tunnelstroms in der Rastertunnelmikroskopie. Im Mittelpunkt dieses Antrags steht deshalb unsere einzigartige Fähigkeit, die Energiedissipation mit einer atomar charakterisierten, einatomigen Unebenheit direkt zu beobachten: Ich schlage vor, grundlegende Studien zur Reibung auf atomarer Ebene durchzuführen und die Verwendung dieser Energiedissipation als metrologische Technik zu erkunden. Um Reibung im Rahmen des Prandtl-Tomlinson-Modells zu verstehen, werden wir Gleitexperimente bei verschiedenen Geschwindigkeiten und mit unterschiedlichen Steifigkeiten des Probenkörpers durchführen. Wir werden für Niedrigtemperaturmessungen die simultane Detektion der vertikalen und lateralen Kräfte in denselben Sensor integrieren. Ein weiterer Fokus ist der Fortlauf der bestehenden Kollaboration mit theoretischen Physikern, um Methoden zur Simulation makroskopischer Reibung von einem atomaren Ausgangspunkt aus zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Oliver T. Hofmann, Ph.D.
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Franz J. Giessibl