Il controllo dell'attrito e dell'adesione su scala atomica è fondamentale per un'efficace manipolazione del movimento di oggetti su scala nanometrica o micrometrica alle interfacce. Per esempio, nelle nanotecnologie, il controllo dell'adesione durante il processo di pelatura dei fogli di grafene svolge un ruolo molto importante nella manipolazione e nella fabbricazione. Il grafene è un materiale promettente grazie alla sua meccanica, elettronico, magnetico, spintronico, e proprietà ottiche. Nei lavori precedenti, un confronto tra la simulazione e l'esperimento del peeling del grafene ha rivelato le sue proprietà di attrito e adesive uniche.

Però, il tempo di calcolo diventa più lungo all'aumentare della dimensione del grafene, quindi un confronto diretto della curva di forza verticale simulata con gli esperimenti è difficile. Per di più, è inoltre difficile separare gli effetti puri legati all'adesione da quelli dovuti all'attrito durante il processo di pelatura.

Qui, Ryoji Okamoto, Koki Yamasaki, e Naruo Sasaki della University of Electro-Communications hanno sviluppato un potenziale modello che fa risparmiare tempo per simulare le caratteristiche adesive durante il processo di pelatura di fogli di grafene tipo poltrona da superfici di substrato di grafite senza attrito.

Usando la sua simmetria strutturale, il foglio di grafene tipo poltrona è stato ridotto al modello a molla effettivo [Fig. (un)]. Quindi il bordo del modello a molla è stato sollevato lungo la direzione verticale. Per ogni posizione di sollevamento, il modello è stato ottimizzato strutturalmente utilizzando il metodo del gradiente coniugato.

I risultati principali sono stati:(1) Il tempo di calcolo di questo potenziale è stato ridotto a 1/6400 rispetto al nostro modello precedente. (2) La transizione della forma del foglio di grafene e la curva di forza verticale ottenuta da questo modello hanno riprodotto con successo quelle ottenute dal nostro modello precedente. (3) Questo potenziale modello è stato esteso con successo per includere la rigidità effettiva di una microscopia a forza atomica (AFM), che consiste nella rigidità del cantilever, punta e zona di contatto [Fig. (un)]. La struttura a gradini caratteristica della curva di forza verticale è stata ottenuta dal modello esteso [Figg. (b) e (c)].

Il nostro approccio apre nuove direzioni per la fisica multiscala del processo di pelatura del foglio elastico dalla scala atomica a quella micrometrica, e l'interpretazione della spettroscopia di forza osservata dall'AFM.