切断半径和尖端原子结构对AFM尖端在2D单层上滑动时遇到的能量障碍的影响

科学领域:

• 计算材料科学科学 计算材料科学
• 纳米级 Tribology 在纳米尺度上.
• 表面物理 表面物理

背景情况:

• 伦纳德-斯 (LJ) 潜力在计算研究中广泛用于模拟原子间相互作用.
• 在LJ电位计算中,通常采用2.5σ的标准切断半径来对对相互作用.
• 精确确定能量障碍对于理解纳米级摩擦现象至关重要.

研究的目的:

• 为了评估2.5σ切割半径在纳米级摩擦中计算能量障碍的充分性.
• 确定最佳的切断半径,以便在各种二维 (2D) 单层上进行精确的能量屏障计算.
• 为了研究尖端原子配置在滑动过程中对能量屏障的影响.

主要方法:

• 使用列纳德-斯潜力的计算模拟.
• 切断半径的系统变化,以评估其对能源屏障计算的影响.
• 在不同的二维材料上滑动一个 (Si) 单原子尖端,包括石墨烯,MoS2和MoSe2.

主要成果:

• 对于所有研究的二维单层,需要至少3.5σ的切断半径来实现>95%的精度在能量屏障计算中.
• 3.5σ切线 (相当于~12.7-13.25 Å) 产生了与实验摩擦数据一致的屏障值.
• 尖的原子配置显著影响能量屏障,多原子尖在石墨烯上增加了三倍的屏障.

结论:

• 传统的2.5σ切割半径对于精确的纳米级摩擦能量屏障计算是不够的.
• 对于对2D材料的摩擦可靠的计算研究,建议切断半径为3.5σ.
• 尖端结构在纳米级摩擦中起着至关重要的作用,需要在模拟中仔细考虑.