由香港科技大学（科大）综合系统与设计学部助理教授顾红曰教授带领的国际跨学科研究团队，近日取得一项突破性发现，成功颠覆了三百年来人类对摩擦现象的传统理解。自阿蒙顿定律提出以来，科学界普遍认为，当两个表面相互接触时，施加在其上的载荷越大，摩擦力就会单调地随之增加。然而，团队的最新研究首次揭示，摩擦力甚至可以在完全没有实际物理接触的情况下产生。这一发现不仅为开发无磨损技术开辟了全新路径，亦重塑了我们对这个关乎行走以至汽车煞车等日常活动的基本定律之认知。相关研究成果已发表于国际学术期刊《Nature Materials》，论文题为“Nonmonotonic Magnetic Friction from Collective Rotor Dynamics”。

是次研究由科大与奥地利因斯布鲁克大学及德国康斯坦茨大学的学者联合开展。研究结果显示，摩擦力可以在完全没有任何机械接触的情况下产生，其驱动机制源自集体磁性动力学。更值得关注的是，摩擦力并非随载荷持续增加，而是在某一特定距离达到峰值；在该距离下，磁性相互作用呈现受抑状态并产生磁滞效应。

顾教授表示：“这项研究表明，摩擦不仅限于机械接触引发的现象。即使两个表面从未实际接触，摩擦力也可以完全源自身系统内部的集体磁重构。”

由磁性引发的摩擦现象
为探究这一效应，团队构建了一个精密控制的实验系统。系统由两个平行的磁性层构成，上层是微型可旋转磁体组成的二维阵列，下层是具有匹配晶格结构的固定磁性基底。当上层横向滑动时，两层之间仅通过磁场相互作用，没有发生任何物理接触。通过精确调节两层之间的垂直间距，团队可系统性地调控相互竞争的磁作用之间的平衡。实验结果显示，磁体的排列方式随间距变化而呈现不同状态。在较大间距下，磁体呈现有序的反铁磁排列 ; 在较小间距下，倾向于铁磁排列 ; 在中间距离处，两者相互竞争，形成受抑状态。

顾教授解释道：“在这种受抑状态下，摩擦力达到最强。随着上层滑动，磁矩不断切换其集体取向，引发磁滞并耗散能量。”

此实验系统可实现对每一个磁体取向的直接成像，使研究团队能够即时追踪磁构型的变化，并将其与测得的摩擦力进行明确关联，是传统原子尺度实验难以实现的新突破。

颠覆存在三百年的摩擦定律
通过实验，此研究首次证明了摩擦可在无物理接触、无表面磨损的情况下，仅由集体磁重构产生。这一发现颠覆了阿蒙顿定律的普适性，将摩擦重新定义为与内部自由度（如磁序）密切相关的现象。

顾教授指出：“传统观点认为，摩擦与表面粗糙度和机械变形密切关联。我们的研究则表明，能量耗散同样可由内部系统在运动中的自重组过程主导。”

为开发纳米磁性、可调谐无磨损介面带来启示
这种物理机制具无标度特性，因此这个新发现不仅可在巨集观实验系统中观察到，更有望在原子级厚度的磁性材料中也能观察到。在这些材料中，极微小的机械位移即可扰动磁序。这一突破为利用摩擦测量技术来探测和调控磁性提供了新思路。

展望未来，此研究有望应用于开发一种新型可调谐和无磨损的摩擦介面。利用磁滞现象，摩擦力可实现远端、可逆调控，为摩擦超材料、自适应阻尼器、非接触控制元件等技术的发展奠定基础，亦具潜力应用于微纳机电系统、磁轴承、隔振平台，以及运动与内部磁态强耦合的超薄磁性器件等。磁性摩擦将成为一种新的机械接触方式，以进一步探索集体自旋动力学，将摩擦学与磁学连结起来。