Le contrôle de la friction et de l'adhérence à l'échelle atomique est essentiel pour une manipulation efficace du mouvement d'objets à l'échelle nanométrique ou micrométrique aux interfaces. Par exemple, en nanotechnologie, le contrôle de l'adhérence pendant le processus de pelage des feuilles de graphène joue un rôle très important dans la manipulation et la fabrication. Le graphène est un matériau prometteur en raison de ses propriétés mécaniques, électronique, magnétique, spintronique, et les propriétés optiques. Dans des travaux antérieurs, une comparaison entre la simulation et l'expérience du pelage du graphène a révélé ses propriétés uniques de friction et d'adhérence.

Cependant, le temps de calcul s'allonge à mesure que la taille du graphène augmente, une comparaison directe de la courbe de force verticale simulée avec des expériences est donc difficile. Par ailleurs, il est également difficile de séparer les effets purs liés à l'adhérence de ceux dus au frottement lors du processus de pelage.

Ici, Ryoji Okamoto, Koki Yamasaki, et Naruo Sasaki de l'University of Electro-Communications ont développé un modèle potentiel permettant de gagner du temps pour simuler les caractéristiques adhésives pendant le processus de pelage de feuilles de graphène de type fauteuil à partir de surfaces de substrat en graphite sans friction.

En utilisant sa symétrie structurelle, la feuille de graphène de type fauteuil a été réduite au modèle de ressort effectif [Fig. (une)]. Ensuite, le bord du modèle de ressort a été levé le long de la direction verticale. Pour chaque position de levage, le modèle a été structurellement optimisé en utilisant la méthode du gradient conjugué.

Les principaux résultats ont été :(1) Le temps de calcul par ce potentiel a été réduit à 1/6400 par rapport à notre modèle précédent. (2) La transition de la forme de la feuille de graphène et de la courbe de force verticale obtenue par ce modèle reproduit avec succès celles obtenues par notre modèle précédent. (3) Ce modèle potentiel a été étendu avec succès pour inclure la rigidité effective d'une microscopie à force atomique (AFM), qui consiste en la rigidité du porte-à-faux, pointe et zone de contact [Fig. (une)]. La structure en échelons caractéristique de la courbe de force verticale a été obtenue par le modèle étendu [Figs. (b) et (c)].

Notre approche ouvre de nouvelles directions pour la physique multi-échelle du processus de pelage de la feuille élastique de l'échelle atomique à l'échelle micrométrique, et interprétation de la spectroscopie de force observée par AFM.