Origin of Nanoscale Friction Contrast between Supported Graphene, MoS2, and a Graphene/MoS2 Heterostructure

石墨烯 异质结 材料科学 单层 纳米尺度 分子动力学 密度泛函理论 纳米技术 原子力显微镜 凝聚态物理 光电子学 计算化学 化学 物理
作者
Mohammad R. Vazirisereshk,Han Ye,Zhijiang Ye,Alberto Otero‐de‐la‐Roza,Meng‐Qiang Zhao,Zhaoli Gao,A. T. Charlie Johnson,Erin R. Johnson,Robert W. Carpick,Ashlie Martini
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (8): 5496-5505 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02035
摘要

Ultralow friction can be achieved with 2D materials, particularly graphene and MoS2. The nanotribological properties of these different 2D materials have been measured in previous atomic force microscope (AFM) experiments sequentially, precluding immediate and direct comparison of their frictional behavior. Here, friction is characterized at the nanoscale using AFM experiments with the same tip sliding over graphene, MoS2, and a graphene/MoS2 heterostructure in a single measurement, repeated hundreds of times, and also measured with a slowly varying normal force. The same material systems are simulated using molecular dynamics (MD) and analyzed using density functional theory (DFT) calculations. In both experiments and MD simulations, graphene consistently exhibits lower friction than the MoS2 monolayer and the heterostructure. In some cases, friction on the heterostructure is lower than that on the MoS2 monolayer. Quasi-static MD simulations and DFT calculations show that the origin of the friction contrast is the difference in energy barriers for a tip sliding across each of the three surfaces.
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