«Schmieren und salben hilft allenthalben» sagt der Volksmund, und hat fast immer Recht. Denn nichts geht ohne Schmiermittel in unserer technisierten Welt. Alle Räder stehen still, wenn nicht Öle und Fette den Reibungswiderstand in Motoren und Getrieben mindern helfen. Auch so kosten Reibung und die damit einhergehenden Abnutzungserscheinungen und Energieverluste allein die amerikanische Volkswirtschaft jährlich mehrere Milliarden Dollar.
Was schon Maschinen und Motoren in der Makrowelt ausbremst, kann zum unüberwindbaren Widerstand werden, wenn Apparate im Mikro- oder gar Nano-Massstab funktionieren sollen. Denn mit zunehmender Miniaturisierung wachsen Oberfläche und damit Reibungswiderstand der Bauteile verglichen zur Masse exponentiell an. Bevor man also an den Bau von Nano-Motoren und -Robotern denken kann, gilt es also das Problem der Reibung zu meistern. Schmieren und salben hilft in diesem Bereich nicht weiter, weil auch der dünnste Schmiermittelfilm in der Nano-Welt noch zu klebrig wäre.
Forscher vom Basler Institut für Physik haben nun in der jüngsten Ausgabe von «Science» eine Methode vorgestellt, wie die Reibungsverluste im Nano-Bereich zumindest beträchtlich gesenkt werden könnten. Das wichtigste Werkzeug der Nano-Physiker ist ja das Rastersondenmikroskop, mit dessen «Nadelspitze» einzelne Atome in einer Probe erkannt und manipuliert werden können. Wird diese Spitze über die Oberfläche einer Probe geführt, kann sie zuweilen an einem Atom hängen bleiben, bis die Lateralkräfte zu gross werden und die Nadel weiter spickt. «Stick ans slip» nennen die Physiker das Phänomen, das viele Experimente stört und etwa mit dem Kreischen einer rostigen Türangel verglichen werden kann.
Anisoara Socoliuc hat zusammen mit Kollegen das Problem gelöst, indem das System – in diesem Fall eine Siliziumspitze, die über ein Kochsalzkristall gleitet – in leichte vertikale Schwingung versetzt wurde. So verhängt sich die Nadel weniger intensiv in den Atomen, wird losgeschüttelt, bevor sie davonspickt. Damit kann die Reibung zwischen Nadel und Kristall ums 100fache reduziert werden, schreiben die Basler Forscher.
Vielleicht ein ähnlicher Effekt wie beim Auffüllen der Zuckerdose. Neigt man einfach die Tüte mit dem Kristallzucker über die Dose, passiert zunächst gar nichts. Bis sich plötzlich gleich der gesamte Tüteninhalt über Dose und Küchentisch ergiesst («stick and slip»). Daher schüttelt man vorzugsweise die Zuckertüte sanft und senkrecht zur Einfüllebene. So wird die Reibung zwischen den einzelnen Zuckerkristallen verringert und der Zucker rieselt kontrolliert in die Dose. Eben geschüttelt wie geschmiert.