L'équipe a testé la nanotribologie, ou propriétés de friction à l'échelle nanométrique, de graphène, bisulfure de molybdène (MoS 2 ), hexagonal-BN (h-BN) et diséléniure de niobium (NbSe 2 ) jusqu'à des feuillets atomiques simples. L'équipe a littéralement rasé des quantités à l'échelle atomique de chaque matériau sur un substrat d'oxyde de silicium et a comparé leurs découvertes à leurs homologues en vrac. Chaque matériau présentait le même comportement de friction de base malgré des propriétés électroniques qui varient du métal au semi-conducteur en passant par l'isolation.

"Nous appelons ce mécanisme, ce qui conduit à un frottement plus élevé sur des feuilles plus minces, l'« effet de plissement, '", a déclaré Carpick. "Forces interatomiques, comme la force van der Waals, provoquer une attraction entre la feuille atomique et la pointe nanométrique du microscope à force atomique qui mesure le frottement à l'échelle nanométrique.

Parce que la feuille est si mince - dans certains échantillons seulement un atome d'épaisseur - elle dévie vers la pointe, réaliser une forme plissée et augmenter la zone d'interaction entre la pointe et la feuille, ce qui augmente les frottements. Lorsque la pointe commence à glisser, la feuille se déforme davantage lorsque la zone déformée est partiellement tirée avec la pointe, ondulation du bord avant de la zone de contact. Les feuilles plus épaisses ne peuvent pas fléchir aussi facilement car elles sont beaucoup plus rigides, l'augmentation du frottement est donc moins prononcée.

Les chercheurs ont découvert que l'augmentation du frottement pouvait être évitée si les feuilles atomiques étaient fortement liées au substrat. Si les matériaux ont été déposés sur le plat, surface à haute énergie du mica, un minéral naturel, l'effet disparaît. Le frottement reste le même quel que soit le nombre de couches car les feuilles sont fortement collées sur le mica, et aucun plissement ne peut se produire.

"La nanotechnologie examine comment les matériaux se comportent différemment lorsqu'ils rétrécissent à l'échelle nanométrique, " dit Hone. " A un niveau fondamental, c'est excitant de trouver encore une autre propriété qui change fondamentalement à mesure qu'un matériau devient plus petit."

Les résultats peuvent également avoir des implications pratiques pour la conception de dispositifs nanomécaniques qui utilisent le graphène, qui est l'un des matériaux les plus résistants connus. Cela peut également aider les chercheurs à comprendre le comportement macroscopique du graphite, MoS 2 et BN, qui sont utilisés comme lubrifiants courants pour réduire la friction et l'usure des machines et des appareils.