記者21日從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該所納米潤滑課題組在量子摩擦研究方面取得重要進展。研究團隊首次在實驗中觀察到固體和固體界面量子摩擦現象，系統構建了電子、聲子耗散與摩擦的內在關系，揭示了拓扑應變誘導的量子態調控摩擦機制。相關研究成果發表於國際學術期刊《自然·通訊》。

團隊基於原子力顯微鏡納米針尖操縱技術，構筑了具有可控曲率與層數的折疊石墨烯邊緣拓扑結構，系統開展了納米尺度摩擦測量。研究發現，折疊石墨烯邊緣摩擦力隨層數呈現出顯著的非線性變化，違背了經典摩擦定律在固—固界面下的適用性。

通過掃描隧道顯微鏡（STM）和超快光譜技術的實驗觀測與理論分析，團隊發現石墨烯中非均勻應變可通過調制電子躍遷參數引入等效規范場，產生高達數十特斯拉的贗磁場。其數學本質是應變對系統哈密頓量的Peierls變換，導致拓扑非平庸的能帶重構，並在STM中觀測到量子化分立的贗朗道能級。這種電子結構變化顯著抑制了電子—聲子耦合，使電子耗散從連續態躍遷轉變為贗朗道能級間的量子化躍遷，導致熱電子冷卻時間從暴露邊緣的0.32ps延長至折疊邊緣的0.49ps，有效降低了能量耗散，從而顯著降低了摩擦。

從2021年開始，團隊歷時4年攻克了石墨烯可控折疊難題，並自主研發世界首個超低溫量子的摩擦系統，用於研究量子摩擦。同時，該研究還徹底顛覆了人們對摩擦力與勢壘高度“按比例增長”的傳統認知。研究發現，通過調整材料的微觀結構，能有效控制量子摩擦。

分享讓更多人看到