Forskare vid universitetet i Konstanz har identifierat en ny typ av glidfriktion som uppstår utan fysisk kontakt, driven av magnetiska växelverkningar. Detta fenomen bryter mot Amontons lag, en 300 år gammal fysikalisk princip, genom att visa friktionstoppar vid vissa avstånd snarare än att öka stadigt med belastningen. Resultaten presenteras i Nature Materials.
Forskare vid universitetet i Konstanz genomförde ett experiment på labbnivå med en tvådimensionell matris av fritt roterande magnetiska element placerade ovanför ett andra magnetiskt lager. Lagren vidrör aldrig varandra fysiskt, men magnetiska växelverkningar skapar mätbar friktion under glidrörelse. Genom att variera avståndet mellan lagren kontrollerade teamet den effektiva belastningen och observerade förändringar i den magnetiska strukturen. Friktionen var som lägst när lagren var mycket nära eller långt ifrån varandra, men steg kraftigt vid mellanliggande avstånd på grund av konkurrerande magnetiska preferenser: det övre lagret föredrar antiparallell inriktning medan det undre föredrar parallell. Denna konflikt orsakar ständiga omorienteringar på ett hysteretiskt sätt, vilket ökar energiförlusten och skapar en friktionstopp, vilket bryter mot Amontons lag – som vanligtvis kopplar friktion linjärt till presskraft via ytdeformationer. Amontons lag har varit rådande i över 300 år baserat på vardagliga observationer, såsom att tyngre föremål är svårare att skjuta på. I magnetiska system utlöser dock rörelse interna omarrangemang som inte redovisas i traditionella modeller. Hongri Gu, som utförde experimenten, förklarade: 'Genom att ändra avståndet mellan de magnetiska lagren kunde vi driva systemet till en regim av konkurrerande växelverkningar där rotorerna ständigt omorganiseras när de glider.' Anton Lüders, som utvecklade den teoretiska modellen, noterade: 'Ur ett teoretiskt perspektiv är detta system märkligt eftersom friktionen inte härrör från en fysisk ytkontakt, utan från den kollektiva dynamiken hos magnetiska moment.' Clemens Bechinger, projektledare, tillade: 'Det anmärkningsvärda är att friktionen här uppstår helt och hållet från intern omorganisering. Det finns inget slitage, ingen ytsträvhet och ingen direktkontakt. Dissipation genereras enbart genom kollektiva magnetiska omarrangemang.' Fysiken, som är oberoende av skala, kan vara tillämpbar på atomtunna magnetiska material. Potentiella tillämpningar inkluderar inställbar friktion för friktionsmetamaterial, adaptiva dämpningssystem, mikro- och nanoelektromekaniska system, magnetiska lager och vibrationsisolering. Studien, utförd av Hongri Gu, Anton Lüders och Clemens Bechinger, publicerades i Nature Materials (DOI: 10.1038/s41563-026-02538-1).
