材料科学：同一材料の摩擦帯電列への自発的秩序化

2つの絶縁性で電気的中性な材料を接触させたり離したりすると、これらの間で電荷が交換される。実験からは、この「接触帯電」が遷移的であり、さまざまな材料が、獲得した電荷の符号に基づいて「摩擦帯電列」に秩序化することが、長く示唆されてきた。同時に、この効果は予測不可能性という問題を抱えており、その機構について統一見解を得ることが困難で、摩擦帯電列が示唆する道理に疑問が投げ掛けられている。今回我々は、表向きには同一の材料が、最初は無秩序にそして非遷移的に電荷を交換するものの、実験を繰り返すうちに摩擦帯電列に秩序化するという、接触帯電における予測不可能性と秩序との間の予想外のつながりを明らかにする。我々は、このような進化が、接触という行為そのものに駆動され、その接触の履歴が多い試料ほど、少ないものより負に帯電することを見いだした。我々は、この「接触バイアス」を最小モデルで捉え、数値シミュレーションで初期の無秩序性と最終的な秩序の両方を再現し、このバイアスを実験的に用いて、我々の選択した摩擦帯電列を強制的に出現させた。一連の表面敏感技術を用いて接触が生み出す根本的な変化を調べた結果、ナノスケールでの形態変化の証拠しか見つからなかったことから、力学と強く結合した機構が示唆される。今回の結果は、接触帯電における接触履歴の重要性を浮き彫りにしており、接触帯電における長年の問題である予測不可能性に注目することが、この現象を理解するカギを握っている可能性があることを示唆している。

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