由氢相关量子效应引起的低摩擦在低温下

摘要 温度是影响固体摩擦的主要因素之一。由于热激活过程的禁止，通常在低温下报道了不希望出现的高摩擦状态，这遵循传统的阿伦尼乌斯方程。这给工业中极低温下的润滑带来了巨大困难。在这里，这项研究揭示了氢化非晶碳（a‐C:H）薄膜在低温下的氢相关亚阿伦尼乌斯摩擦行为，并实现了在广泛温度范围（103–348 K）内的稳定超低摩擦。这归因于氢转移引起的轻微结构有序转变，通过基于机器学习的分子动力学模拟得到了证实。结构有序转变速率的异常亚阿伦尼乌斯温度依赖性被量子力学隧穿（QMT）修正的阿伦尼乌斯模型很好地描述，这与摩擦化学反应中氢的量子去局域化相关。这项工作揭示了一种克服阿伦尼乌斯温度依赖性的氢相关摩擦机制，并为在低温条件下实现超低摩擦提供了一条新途径。