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直观的电荷密度涨落表面探索原子级摩擦的第一性原理理论。

First-principles theory of atomic-scale friction explored by an intuitive charge density fluctuation surface.

机构信息

Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemicals Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China.

出版信息

Phys Chem Chem Phys. 2019 Nov 28;21(44):24565-24571. doi: 10.1039/c9cp04825a. Epub 2019 Oct 30.

DOI:10.1039/c9cp04825a
PMID:31663565
Abstract

Atomic-scale friction theory, and even superlubricity, is inseparable from charge redistribution, but lacks a bridge to establish the potential link between them. Here, we first report a quantized charge density fluctuation surface (CDFS) by assembling silicene/graphene and germanene/graphene heterostructures and their corresponding homogeneous bilayers for DFT calculations. By observing the PES morphology, we see that it exhibits a decrease in friction by more than two orders of magnitude. A crucial physical quantity controlling the friction was found to be the charge density fluctuation during the friction process via analyzing the CDFSs. Such CDFS holds a universal applicability in van der Waals materials, and is recommended to explore the friction cooperating with PES. This will be a new idea for exploring whether friction is related to electrical properties by defining the conversion factor K for a wide series of interactions, including metallic, covalent, and van der Waals bonding. In particular, the same conversion factor K exists for van der Waals bonding, and a mutual identification between the CDFS and PES can be achieved.

摘要

原子尺度摩擦理论,甚至超滑,都离不开电荷再分配,但缺乏建立它们之间潜在联系的桥梁。在这里,我们首次通过组装硅烯/石墨烯和锗烯/石墨烯异质结构及其相应的同质双层结构进行 DFT 计算,报告了一个量化的电荷密度涨落表面(CDFS)。通过观察 PES 形态,我们发现它在摩擦过程中表现出超过两个数量级的摩擦力降低。通过分析 CDFS,我们发现一个关键的物理量控制着摩擦,即在摩擦过程中电荷密度的涨落。这种 CDFS 在范德华材料中具有普遍适用性,并建议与 PES 一起探索摩擦。这将是一个通过定义一系列相互作用(包括金属、共价和范德华键合)的转换因子 K,来探索摩擦是否与电性质有关的新想法。特别是,对于范德华键合,存在相同的转换因子 K,可以实现 CDFS 和 PES 之间的相互识别。

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引用本文的文献

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