Les premières détections des frottements sans contact

Le domaine des frottements à distance, qui interviennent entre des objets proches qui ne sont pas en contact, est encore mal connu. Seppe Kuehn et ses collègues de l'université Cornell viennent d'en approfondir l'étude.

Mais il s'agit de définir d'abord ce qu'est un contact. Kuehn propose que deux objets soient dits en contact lorsqu'ils sont séparés par une distance inférieure ou égale à un nanomètre. On peut penser au frottement de contact comme étant une sorte de processus de micro-Velcro: les "collines" atomiques d'une des surfaces raclant sur les "vallées" atomiques de l'autre. Pour observer un frottement sans contact, c'est-à-dire le frottement entre deux surfaces séparées par plus d'un nanomètre, les chercheurs de Cornell ont utilisé un micro-cantilever à cristal unique de moins d'un millimètre de long et de seulement quelques milliers d'atomes d'épaisseur.


Placé verticalement et pointant vers le bas en direction d'une surface, puis mis en mouvement, le cantilever ralentit proportionnellement au frottement avec la surface. Étonnamment, la force de frottement entre le cantilever et l'échantillon dépend de la chimie de ce dernier. En étudiant cette dépendance, les scientifiques de Cornell ont réalisé la première détection mécanique directe du frottement sans contact produit par les faibles champs électriques provoqués par le mouvement des molécules dans les échantillons. Divers types de polymères ont été étudiés.

Ces travaux sont motivés par les études récentes vers l'IRM à haute résolution qui exigent la détection de forces très faibles, gênée par les frottements sans contact.

Légende de l'illustration:
(a) Schéma de l'expérience: d est la distance entre la pointe et l'échantillon et h est l'épaisseur du polymère. La tension pointe-échantillon (Vts) est appliquée à la couche de métal sous-jacente au diélectrique tandis que le cantilever est relié à la masse.
(b) Micrographie électronique d'un cantilever identique à celui utilisé dans l'étude. La palette hexagonale sur l'arbre en porte-à-faux sert de cible à l'interféromètre à fibre optique. L'échelle en blanc représente 10 microns.