研究揭示拓撲應變誘導的量子態調控摩擦機制
時間:2025-07-10 16:40:29 出處:焦點閱讀（143）
????科技日報訊?（記者頡滿斌）7月6日，研究應變誘導記者從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，揭示該所納米潤滑課題組首次在實驗上觀察到固—固界面量子摩擦現象，拓撲態調系統構建了電子、控摩聲子耗散與摩擦的擦機內在關系，揭示了拓撲應變誘導的研究應變誘導量子態調控摩擦機制。相關研究論文發表于《自然·通訊》。揭示
????摩擦本質和作用機制是拓撲態調摩擦學的基本科學問題，數百年來，控摩科學家對這一難題展開了不懈探索，擦機先后提出分子—機械學說、研究應變誘導粘著摩擦理論等學說，揭示奠定了經典摩擦學的拓撲態調理論基礎。隨著納米力學技術、控摩低維材料和量子材料體系的擦機發展，摩擦研究逐漸從宏觀尺度拓展至聲子、電子尺度。
????在本研究中，團隊基于原子力顯微鏡納米針尖操縱技術，構筑了具有可控曲率與層數的折疊石墨烯邊緣拓撲結構，系統開展了納米尺度摩擦測量。研究人員發現，折疊石墨烯邊緣摩擦力隨層數呈現出顯著的非線性變化，違背了經典摩擦定律在固—固界面下的適用性。
????通過掃描隧道顯微鏡和超快光譜技術的實驗觀測與理論分析，團隊發現石墨烯中非均勻應變可通過調制電子躍遷參數引入等效規范場，產生高達數十特斯拉的贗磁場。其數學本質是應變對系統哈密頓量的佩爾斯變換（Peierls），該變換導致拓撲非平庸的能帶重構。團隊還在掃描隧道顯微鏡中觀測到量子化分立的贗朗道能級。
????研究人員介紹，這種電子結構變化顯著抑制了電子—聲子耦合，使電子耗散從連續態躍遷轉變為贗朗道能級間的量子化躍遷，導致熱電子冷卻時間從暴露邊緣的0.32皮秒延長至折疊邊緣的0.49皮秒，有效降低了能量耗散，從而顯著降低了摩擦。
????據了解，研究不僅提供了固—固界面量子摩擦的首個實驗證據，還構建了基于拓撲結構調控耗散模式的研究框架，驗證了量子態調控界面電子耗散過程的可行性，對發展低能耗納米器件，以及進行拓撲量子材料中的摩擦調控具有指導意義。
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