Магниты создали силу трения на расстоянии без касания друг друга
Группа исследователей из Констанцского университета (Германия) экспериментально зафиксировала механизм трения скольжения, при котором сопротивление движению создаётся исключительно за счёт магнитных взаимодействий между двумя слоями, не соприкасающимися друг с другом. Результаты опубликованы в журнале Nature Materials.
В ходе эксперимента учёные использовали два магнитных слоя: нижний состоял из неподвижных постоянных магнитов, верхний — из свободно вращающихся магнитных элементов. При относительном перемещении слоёв магниты верхнего слоя периодически меняли ориентацию, рассеивая энергию. Расстояние между слоями выполняло роль регулируемой нагрузки.
Измерения показали, что зависимость силы трения от нагрузки в этой системе не подчиняется закону Амонтона, сформулированному более 300 лет назад. Согласно этому закону, сила трения растёт пропорционально приложенной нагрузке. В магнитной системе трение оказалось минимальным как при малых, так и при больших расстояниях между слоями, а максимум наблюдался на промежуточных расстояниях. В этом диапазоне верхний слой стремился выстроить магнитные моменты антипараллельно, а нижний — параллельно. Конкуренция двух несовместимых состояний приводила к гистерезисным переключениям магнитов при скольжении и резкому росту рассеяния энергии.
По словам руководителя проекта Клеменса Бехингера, в системе полностью отсутствуют износ, шероховатость поверхности и механический контакт — диссипация энергии происходит только за счёт коллективных перегруппировок магнитных моментов. Автор теоретического описания Антон Людерс указал, что немонотонная зависимость трения от нагрузки является прямым следствием динамики намагниченности, а не аномалией.
Обнаруженный эффект не зависит от масштаба, поэтому аналогичные явления могут проявляться в атомарно тонких магнитных материалах. Результаты применимы к разработке бесконтактных демпфирующих устройств, магнитных подшипников и микроэлектромеханических систем с регулируемым трением.