Kontroll av friktion och vidhäftning i atomskala är avgörande för effektiv manipulation av rörelsen av nano- eller mikro-meter skala objekt vid gränssnitt. Till exempel, inom nanoteknik kontrollerar vidhäftning under skalningsprocessen av grafenark en mycket viktig roll vid manipulation och tillverkning. Grafen är ett lovande material på grund av dess mekaniska, elektronisk, magnetisk, spintronic, och optiska egenskaper. I tidigare arbeten, en jämförelse mellan simulering och experiment med skalning av grafen har avslöjat dess unika friktions- och vidhäftningsegenskaper.

Dock, beräkningstiden blir längre när storleken på grafen ökar, så en direkt jämförelse av den simulerade vertikala kraftkurvan med experiment är svår. Vidare, det är också svårt att skilja rena effekter relaterade till vidhäftning från de som beror på friktion under skalningsprocessen.

Här, Ryoji Okamoto, Koki Yamasaki, och Naruo Sasaki vid University of Electro-Communications har utvecklat en tidsbesparande potentiell modell för att simulera vidhäftningsegenskaperna under skalningsprocessen av fåtölj av grafenark från friktionsfria grafitsubstratytor.

Med sin strukturella symmetri, fåtöljet av grafenplåt reducerades till den effektiva fjädermodellen [Fig. (a)]. Sedan lyftes kanten på fjädermodellen längs vertikal riktning. För varje lyftläge, modellen optimerades strukturellt med konjugatgradientmetoden.

De viktigaste resultaten var:(1) Beräkningstiden med denna potential minskades till 1/6400 jämfört med vår tidigare modell. (2) Övergången av formen på grafenarket och den vertikala kraftkurvan som erhållits med denna modell reproducerade framgångsrikt de som erhölls med vår tidigare modell. (3) Denna potentiella modell utökades framgångsrikt till att inkludera den effektiva styvheten för en atomkraftmikroskopi (AFM), som består av fästets styvhet, spets- och kontaktregion [Fig. (a)]. Den karakteristiska stegstrukturen för den vertikala kraftkurvan erhölls av den utökade modellen [Fig. (b) och (c)].

Vårt tillvägagångssätt öppnar nya riktningar för multiskala fysik för skalningsprocessen för det elastiska arket från atom till mikrometer, och tolkning av kraft-spektroskopi observerad av AFM.