Atomic scale friction of molecular adsorbates during diffusion
实验观察表明，分子吸附物表现出更大的摩擦系数比原子物种的可比质量，但这种增加的摩擦的起源还没有很好地理解。我们提出了一个研究摩擦的微观起源所经历的分子吸附在表面扩散。用氦原子自旋回波方法对铜（111）表面上的一系列五元芳族分子--环戊二烯（Cp）、吡咯和噻吩进行了测量，并与相应体系的分子动力学模拟进行了比较.吸附物与表面有不同的化学相互作用和不同的键合几何形状，但测量结果表明，所有这些分子的摩擦大于2 ps $^{-1}$。我们表明，这些吸附物物种的内部和外部的自由度是一个关键因素，在底层的微观过程和识别的旋转模式的贡献最大的总测量摩擦系数。
2013-05-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Out-of-plane and in-plane actuation effects on atomic-scale friction
本文利用广义Prandtl-Tomlinson模型研究了晶体表面上受弹性拉伸的针尖上的摩擦力受面外、面内接触振动和温度的影响。平均摩擦力显着降低的频率范围内确定的粘滑运动和粘性阻尼伴随的尖端运动的“搓衣板”频率。在面内激励的情况下，得到了激励幅值与表面势有效振幅之间的近似线性关系，推广了面外激励的类似结论.温度引起额外的摩擦减少与正式协议的反应速率理论的预测在没有接触振动的比例关系。在这种情况下，致动效应可以通过有效能量来描述，或者更准确地说，通过引入有效温度来描述。
2014-02-14 cond-mat.mes-hall
Atomic-scale simulations on the sliding of incommensurate surfaces: The breakdown of superlubricity
在原子力显微镜（AFM）中摩擦滑动的分子动力学模拟表明，无公度表面之间的超润滑性对针尖柔顺性和施加的法向力具有明显的依赖性。当刚性尖端和低法向力的动摩擦消失时，超润滑性能在较软尖端和高法向力的情况下失效。模拟提供的证据表明，Frenkel-Kontorova-Tomlinson（FKT）缩放同样适用于一个更现实的3-D不相称的AFM模型，除了在非常低的刚度和高的正常负载限制的限制。不像FKT模型中的故障的超润滑性一致的亚稳态的出现，在3-D模型中，一些亚稳态出现，以减少摩擦力，导致非单调的依赖力的正常负载和尖端的顺应性。亚稳态随滑块位置而变化，并且这些亚稳态的相对稳定性导致取决于滑动速度的变化的过渡机制。
2009-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of thermal rippling on the frictional properties of free-standing graphene
利用模拟摩擦力显微镜，研究了温度对悬浮石墨烯摩擦性能的影响。与三维材料表面上的热激活摩擦的理论相比，动摩擦被证明是局部增加和减少随着温度的升高，这取决于样品的大小，扫描尖端直径，扫描速率，和外部施加的正常负载。我们将观察到的效应归因于石墨烯中固有的热激发弯曲波纹，展示了原子薄膜中温度依赖性动态粗糙度的独特情况。
2015-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytic understanding and control of dynamical friction
最近的模型模拟发现了意想不到的非单调功能，在无磨损的干声子摩擦作为滑动速度的函数。在这里，我们证明了一个相当直接的线性响应理论的应用，适当的制度弱滑块基板相互作用，预测摩擦的单声子奇异性，这意味着一个非平凡的依赖的动态摩擦力的滑块速度和/或耦合到基板。我们得到的显式公式非常准确地再现了经典的原子模拟时。通过修改滑块-基板相互作用的分析获得的理解提供了一个实用的手段来定制和控制的速度依赖性的摩擦与相当大的自由。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall
Amplitude Nanofriction Spectroscopy
原子尺度的摩擦，纳米技术的一个不可或缺的元素，需要直接访问，在实际增长的剪切应力，其连续的活阶段：从静态钉扎，脱钉和瞬态演变，最终迎来稳态动摩擦。标准的基于针尖的原子力显微镜通常解决稳态，但以前的中间步骤探索得少得多。在这里，我们提出了一个实验和模拟的方法，其中增加振幅的振荡剪切力导致所有这些连续的方面的一次性调查。在石墨上滑动的受控金纳米接触的演示揭示了桥接初始脱钉和大速度滑动之间的间隙的现象，其与原子尺度时间和幅度依赖的流变学潜在相关。
2021-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deciphering the Nanoscale Frictional Properties of Two-Dimensional SnSe and SnSe$_2$ with Lateral Force Microscopy
本研究利用横向力显微镜探究二维SnSe与SnSe$_2$的纳米摩擦特性，发现二者润滑性能优于同厚度石墨烯，SnSe$_2$摩擦最低可达石墨烯的三分之一，该差异经DFT计算证实源于材料本征特性。
2024-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic modelling of friction of Cu and Au nanoparticles adsorbed on graphene
我们提出了经典的分子动力学计算的行为的铜和金纳米粒子的石墨烯片，剪切与恒定施加的力$F_{\rm a}$。从衬底作用在颗粒上的力$F_{\rm s}$取决于纳米颗粒的材料（Au或Cu），并且表现出对时间的依赖性，我们将其归因于金属纳米颗粒表面原子位置与石墨烯晶格之间的局部可折叠性。作用在Au纳米颗粒上的$F_{\rm s}$（摩擦力）的时间平均值随着接触面积线性增加，具有接近实验可观察到的斜率。提出了一个定性模型来解释观察到的结果。
2013-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio friction forces on the nanoscale: A DFT study of fcc Cu(111)
虽然有许多模型可以解决在原子水平上计算摩擦力的问题，但提供一种完全无参数的方法仍然是一个挑战。在这里，我们提出了一个准静态模型，以获得近似的纳米摩擦响应的干燥，无磨损系统的基础上量子力学的全电子计算。我们提出了一种机制，允许耗散滑动，这依赖于原子弛豫。我们定义了两种不同的方法来计算平均纳米摩擦力，这两种方法都导致所有滑动方向的指数摩擦与负载行为。由于我们的方法不对滑动路径的长度和方向施加任何限制，我们研究了面心立方Cu（111）界面的任意滑动方向，并检测到形成纳米摩擦上界和下界的两个周期性路径。对于长的非周期路径，摩擦力收敛到这些极限之间的值。对于低负载，我们检索德亚金推广的阿蒙顿-库仑动摩擦定律，这似乎是有效的所有的方式下降到纳米级。我们观察到一个非零的Derjaguin偏移，即使是原子级的平面在干接触。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph quant-ph
Nanorobotic actuator based on interlayer sliding ferroelectricity and field-tunable friction
该研究提出基于双层 h-BN 滑动铁电性与电场可调界面摩擦的原子尺度致动器，通过交变电场和单轴应变实现可控定向爬行，并验证其稳健性与可推广性。
2024-08-29 cond-mat.mes-hall
Intercalation Leads to Inverse Layer Dependence of Friction on Chemically Doped MoS_{2}
我们目前的结果，原子力显微镜为基础的摩擦测量稀土掺杂二硫化钼（MoS2）。与二维（2D）材料上随着层数增加而减小摩擦的广泛观察形成鲜明对比，Re掺杂的MoS2上的摩擦表现出异常，即，与层数成反比。拉曼光谱测量结合从头计算揭示了Re嵌入的签名。计算表明，平面外刚度的增加与层的数量呈负相关，这是这一显着观察背后的物理机制，揭示了2D材料独特的起皱机制。
2022-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structural Superlubricity at High Sliding Speeds under Ambient Conditions
本研究针对结构超润滑在高滑动速度下能否保持的问题，通过原子力显微镜和外差检测法开展实验，证实环境条件下结构超润滑可在跨越三个数量级的高速下维持，助力超润滑机械装置研发。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall
Enhancement of non-contact friction between metal surfaces induced by the electrical double layer
Casimir和静电非接触摩擦之间的两个金盘，和一个金尖和一个金盘，计算考虑到双电层的贡献。结果表明，在一个极端的近场（$d<10$ nm）的贡献，从双电层导致非接触摩擦的增强了许多数量级的传统理论的结果相比，没有这种贡献。卡西米尔和静电摩擦分别占主导地位的短期和大型分离。静电摩擦力的计算值与实验值吻合较好。研究结果为用原子力显微镜检测Casimir摩擦开辟了新的途径。
2021-05-26 cond-mat.mes-hall
Frictional scattering and frictional waveguides: achieving persistent superlubricity at high velocity on the nanoscale
纳米机械设备可以以比宏观类似物高得多的速度运行，这是由于低惯性。例如，对于碳纳米管装置，已经预测峰值速度> 100 m/s。这激发了我们对高速摩擦的原子尺度物理的兴趣。在这里，我们研究了一个模型纳米系统组成的石墨烯片在石墨衬底上自由移动，> 100米/秒。使用分子动力学，我们发现，超低摩擦，或superlubricity，是由高摩擦瞬态中断的薄片旋转通过连续的晶体排列与基板。我们把这种现象称为摩擦散射，并表明它在数学上类似于布拉格散射。我们还表明，摩擦散射可以通过使用石墨纳米带作为摩擦波导来约束薄片旋转，从而实现持久的超润滑。最后，我们提出了一个实验方法来研究纳米高速摩擦。这些结果可以指导设计高效的高频纳米机械器件。
2010-07-29 cond-mat.mes-hall
Thermodynamics and kinetics of boundary friction
本文提出了一个描述两个原子级光滑固体表面间的非线性润滑膜行为的确定性理论。为了描述润滑状态，引入了熔化过程中固体介质结构混沌化而产生的过剩体积参数。热力学和剪切熔融描述一致。分析了摩擦力与润滑剂温度、摩擦表面剪切速度和表面压力的关系。在一个简单的摩擦学模型的框架内的粘滑模式的摩擦，当润滑剂周期性地熔化和固化，描述。所得结果与实验数据进行了定性比较。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structure and frictional properties of Langmuir-Blodgett films of Cu nanoparticles modified by dialkyldithiophosphate
制备了二烷基二硫代磷酸盐（DDP）修饰铜纳米粒子的LB膜。利用透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱学（XPS）和原子/摩擦力显微镜（AFM/FFM）研究了LB膜的结构、微摩擦行为和附着力。结果表明，改性后的纳米铜粒子具有典型的核壳结构和良好的成膜能力。AFM/FFM图像显示改性Cu纳米粒子LB膜由多个纳米粒子紧密有序排列而成，具有良好的低摩擦性能。摩擦环表明纳米铜颗粒的表面坡度对摩擦力有显著影响，摩擦行为表现出明显的“棘轮效应”。粘附实验表明，改性后的纳米铜颗粒具有很小的粘附力。(c)2006 Elsevier B. V.保留所有权利。
2010-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Stick-Slip Control in Nanoscale Boundary Lubrication by Surface Wettability
我们研究了原子尺度的表面润滑剂相互作用对纳米级边界润滑摩擦的影响，通过考虑两个示例表面-亲水性云母和疏水性石墨烯-在分子动力学模拟中限制水的薄层。我们观察粘滑动力学薄水膜云母片限制，涉及周期性的断裂重整过渡的原子尺度的毛细水桥周围的钾离子的云母。然而，只有光滑的滑动没有粘滑事件被观察到由石墨烯限定的水，以及由云母限定的较厚的水层。因此，我们的研究结果说明了原子尺度的细节如何影响的限制表面的润湿性，并因此控制粘滑动力学在纳米级摩擦的存在或不存在。
2015-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theory of charge density wave non-contact friction
提出了一种机制来描述发生的距离相关的耗散峰的动力学的原子力显微镜针尖振荡的表面特征在于由电荷密度波状态。耗散有其起源的滞后行为的尖端振荡发生在与局部相位滑移的电荷密度波兼容的位置。该模型支持通过静态和动态的数值模拟的尖端表面相互作用，是在良好的定性协议与最近进行的实验上的NbSe $_2$样品。
2016-05-12 cond-mat.mes-hall
Study of friction of Ag and Ni nanoparticles: an atomistic approach
利用原子力显微镜对金属纳米颗粒进行操控是一种很有前途的纳米尺度摩擦学研究新技术。尽管在实验研究中取得了一些进展，但没有明确的理论处理过程伴随着吸附在平坦表面上的金属纳米岛的运动，需要进行额外的研究。在本文中，我们描述了基于经典分子动力学的计算机实验，其中银和镍纳米颗粒与石墨烯片相互作用和恒定力剪切的行为进行了研究。作用在纳米岛上的摩擦力被测量为它们的尺寸的函数。结果表明，它的平均值与接触面积近似线性增长，线性拟合的斜率接近实验观察。揭示了摩擦力的大小和摩擦力曲线的形状与金属原子类型的关系，并讨论了其原子背景的可能原因。
2010-10-20 cond-mat.mes-hall
Stability of low-friction surface sliding of nanocrystals with rectangular symmetry and application to W on NaF(001)
本文研究了原子在矩形晶格上矩形排列的双原子系统低摩擦滑动的稳定性，得到了解析结果。我们发现，存在几个无公度周期轨道，并对热涨落和其他扰动是稳定的。由于无公度取向导致低摩擦，因此低摩擦，这种无公度周期性轨道对于纳米摩擦学的研究是有趣的。分析结果与在NaF（001）上的W纳米晶体的模拟非常好地比较。与典型的六边形晶格（例如石墨）相比，具有正方形晶格的基板的几何形状和高典型的介电常数增加了鲁棒性。
2010-04-01 cond-mat.mes-hall math-ph math.MP
Unconventional Electromechanical Response in Ferrocene Assisted Gold Atomic Chain
本研究在二茂铁辅助金原子链中发现拉伸时电导提升超10倍的非单调机电响应，通过DFT计算揭示分子倾斜改变轨道重叠的机制，为纳米机电器件设计提供新思路。
2025-09-02 cond-mat.mes-hall
Phenomenological Theory of Boundary Friction in the Stick-Slip Mode
本文提出了一个描述两个原子级光滑固体表面间的非线性润滑膜熔化的确定性理论。润滑状态是通过引入一个参数的过剩体积，由于在其熔化固体结构混沌而产生的。熔融的热力学和剪切类型的描述是一致的。分析了定常摩擦力与润滑油温度和匀速运动摩擦面剪切速度的关系。在一个简单的摩擦学模型的框架内，粘滑摩擦模式，当润滑剂周期性地熔化和固化，已被描述。分析了速度、温度和载荷对粘滑摩擦的影响。所得结果与实验数据进行了定性比较。
2011-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Moiré-pattern evolution couples rotational and translational friction at crystalline interfaces
物体的滑动运动通常由它们与下伏表面的摩擦力决定。然而，与平移摩擦相比，旋转摩擦受到的关注要少得多。在这里，我们的实验和理论研究的旋转脱钉和取向动力学的二维胶体晶体团簇的周期性波纹表面上的存在下，磁施加的扭矩。我们表明，通过集群的边缘，这是阻碍在集群旋转过程中的势垒，控制其旋转脱钉的莫尔图案的局部相称的区域的遍历。实验测得的脱钉阈值作为集群大小的函数显着崩溃到一个普遍的理论曲线，预测的可能性，超低静态扭矩状态的大集群。我们进一步揭示了一个集群的大小无关的旋转平移脱钉过渡时，晶格匹配的集群共同驱动的扭矩和力。我们的工作为设计涉及原子表面旋转运动的纳米机械装置提供了指导。
2022-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Experimental testing of the Prandtl-Tomlinson model: Molecular origin of rotational friction
该研究以受限胆甾相液晶实验测量旋转扭矩和分子构型转变，验证准一维PT模型与Aubry转变，并为静摩擦的破裂成核提供分子证据。
2024-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
