Resonance in Atomic-Scale Sliding Friction

声子 消散 非平衡态热力学 振动 材料科学 激发态 热化 凝聚态物理 共振(粒子物理) 谐波 物理 机械 原子物理学 热力学 声学 量子力学 电压
作者
Zaoqi Duan,Zhiyong Wei,Shuyu Huang,Yongkang Wang,Chengdong Sun,Yi Tao,Yun Dong,Juekuan Yang,Yan Zhang,Yajing Kan,Deyu Li,Yunfei Chen
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (11): 4615-4621 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.1c00622
摘要

Friction represents a major energy dissipation mode, yet the atomistic mechanism of how friction converts mechanical motion into heat remains elusive. It has been suggested that excess phonons are mainly excited at the washboard frequency, the fundamental frequency at which relative motion excites the interface atoms, and the subsequent thermalization of these nonequilibrium phonons completes the energy dissipation process. Through combined atomic force microscopy measurements and atomistic modeling, here we show that the nonlinear interactions between a sliding tip and the substrate can generate excess phonons at not only the washboard frequency but also its harmonics. These nonequilibrium phonons can induce resonant vibration of the tip and lead to multiple peaks in the friction force as the tip sliding velocity ramps up. These observations disclose previously unrecognized energy dissipation channels associated with tip vibration and provide insights into engineering friction force through adjusting the resonant frequency of the tip–substrate system.

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