Anteil der Elektronen an Reibungsverlusten höher als vermutet

16. Jänner 2011, 19:59
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Versuche mit supraleitendem Niob könnten bei Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe helfen

Wie sehr Elektronen an Reibungsverlusten beteiligt sind, wurde bislang unterschätzt. Eine Studie von Physikern der Universität Basel konnte nun nachweisen, dass der Einfluss der Elektronen am Verlust von Reibungsenergie deutlich höher ist als bisher vermutet. Ihre Erkenntnisse, die in aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Materials publiziert wurden, könnten bei der Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe wichtig werden.

Seit rund 500 Jahren fasziniert das Phänomen der Reibung die Wissenschaft - angefangen bei Leonardo da Vinci mit seinen ersten Studien zur Gleitreibung. Noch heute forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler intensiv an diesem Thema, wobei ausgefeilte Techniken sie in die Lage versetzen, die Reibung auf der atomaren Skala zu untersuchen.

Der Gruppe um den Experimentalphysiker Ernst Meyer ist nun ein Durchbruch in der Erforschung der Reibung gelungen, indem sie den Einfluss der Elektronen an Reibungsverlusten klären konnte. In einem Reibungsprozess geht nämlich Energie verloren, die über verschiedene Kanäle abgeführt wird. Bis anhin war unklar, welchen Anteil die Elektronen an diesem Energieverlust haben.

60 Prozent weniger Reibungsverluste

Dazu untersuchte das Forschungsteam das Reibungsverhalten von Niob, einem supraleitenden Material, sowohl im supraleitenden wie auch im normalleitenden Zustand. Beim Übergang in den supraleitenden Zustand werden die Elektronen paarweise in sogenannte Cooper-Paare gebunden, worauf sie nicht mehr als Energietransporteure des Reibungsverlustes wirken können. Dieser Vorgang ist auch für die verlustfreie Stromübertragung verantwortlich. Bei diesem Übergang konnte eine deutliche Reduktion der Reibungsverluste um über 60 Prozent festgestellt werden, was deutlich höher ist als bisher angenommen.

Die neue Erkenntnis über die grundlegenden Prozesse von Reibung könnte bei der zukünftigen Entwicklung reibungsarmer Werkstoffe eine wichtige Rolle spielen. Gesucht wird nun nach weiteren Möglichkeiten, die Energieverlustkanäle zu unterbinden. (red)

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