Reibung und Verschleiß sind Alltagsphänomene mit enormer technischer Bedeutung. Reibung führt zu Energieverlusten, weil gerichtete Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird, und Verschleiß begrenzt die Lebensdauer aller mechanischen Geräte vom Automotor bis zur Festplatte im Computer. Deshalb hat die Erforschung dieser Phänomene eine lange Geschichte. Das dokumentieren schon Bilder vom Pyramidenbau aus dem Pharaonenreich: Um die Reibung großer Transportschlitten zu mindern, befeuchteten die alten Ägypter die Sandwege.

Das Universalgenie Leonardo da Vinci (14521519) hat erstmals physikalische Gesetze zur Reibung niedergelegt. Allerdings wurden sie nicht veröffentlicht und mussten so vom französischen Physiker Guillaume Amontons Ende des 17. Jahrhunderts wieder entdeckt werden. Die ersten Schritte auf der Suche nach den mikroskopischen Ursachen der Reibung machte Charles-Augustin de Coulomb, der die mikroskopische Rauheit der Oberfläche in seine Überlegungen einbezog. Tatsächlich wird die Reibung zwischen zwei Körpern durch Bildung, Verschiebung und Abriss einer Vielzahl von winzigen Einzelkontakten bestimmt.

Seit der Einführung der Rasterkraftmikroskopie lassen sich diese Vorgänge nun direkt beobachten. So wie die Nadel eines Plattenspielers aus der Geometrie der Rillen auf einer Schallplatte eine Sinfonie herausliest, kann die Spitze des Kraftmikroskops die atomare Struktur einer Oberfläche ertasten. Dabei kommt es zu einem so genannten Stick-slip-Verhalten: Wenn die Mikroskopspitze behutsam über eine ebene kristalline Fläche gezogen wird, bleibt sie jeweils an einer atomaren Position stecken (stick), bis die Zugkraft einen Schwellenwert übersteigt; dann springt sie zur nächsten solchen Position weiter (slip). Die Reibung ändert sich also mit der Periodizität des Atomgitters, das sich auf diese Weise abbilden lässt.

Wie Reibungswärme entsteht

Zwar handelt es sich dabei nicht um eine echte atomare Auflösung, da