Un grupo de investigación del Instituto Nacional de Ciencia de los Materiales (NIMS) descubrió que la cantidad de fuerza de fricción entre las moléculas orgánicas y un sustrato de zafiro en el vacío se puede cambiar repetidamente iniciando y deteniendo la irradiación con luz láser.

Un grupo de investigación del NIMS dirigido por Masahiro Goto, Investigador jefe distinguido, Centro de Investigación Ecológica sobre Energía y Materiales Ambientales, y Michiko Sasaki, investigador postdoctoral, El Centro de Investigación de Materiales por Integración de la Información (actualmente becario postdoctoral en la Universidad de Tokio) descubrió que la cantidad de fuerza de fricción entre moléculas orgánicas y un sustrato de zafiro en el vacío se puede cambiar repetidamente iniciando y deteniendo la irradiación con luz láser. Este descubrimiento podría conducir potencialmente al desarrollo de tecnología que permita controlar el movimiento de micromáquinas y otras pequeñas piezas motrices.

El rendimiento de las micromáquinas, que se utilizan como componentes móviles en dispositivos pequeños como sensores de aceleración y giroscopios, se ve muy afectado por la fuerza de adhesión (la fuerza de atracción entre dos o más materiales que se adhieren entre sí). La fuerza de adhesión en una micromáquina aumenta la fuerza de fricción. Dado que el aumento de la fuerza de fricción impide seriamente el movimiento de los componentes móviles, es necesario mantener un bajo nivel de fuerza de adherencia. Además, si se puede controlar el nivel de fuerza de fricción, puede ser factible controlar el movimiento de las micromáquinas, conduciendo a la expansión de su uso y la mejora de sus funciones. Anteriormente se prestó mucha atención a las técnicas que permiten materiales a base de silicio, un importante material de micromáquinas, para ser recubierto con carbono similar al diamante, monocapas autoensambladas, o películas orgánicas que contienen flúor para reducir la fuerza de fricción y mejorar así el movimiento de las micromáquinas. Sin embargo, era difícil controlar los coeficientes de fricción de dos piezas adyacentes recubriéndolas porque los coeficientes están determinados predominantemente por los materiales utilizados en estas piezas.

El grupo de investigación inventó un método completamente nuevo para controlar la fuerza de fricción entre materiales mediante irradiación de luz. Específicamente, el grupo irradió un área localizada de un voladizo recubierto con moléculas orgánicas con luz láser y observó que la fuerza de fricción entre el voladizo recubierto y un sustrato de zafiro aumentó en un 15% utilizando una técnica microscópica de sonda de barrido conocida como modo de fuerza de fricción. Es más, el grupo pudo aumentar y disminuir la fuerza de fricción repetidamente encendiendo y apagando la luz láser.

Estos hallazgos pueden conducir al desarrollo de técnicas para controlar el movimiento de las micromáquinas y contribuir a la identificación del mecanismo de fricción básico. Si bien en este estudio se logró el control de la fuerza de fricción por la luz a nivel nano, la técnica también puede ser aplicable al control de los fenómenos de fricción a nivel macro.