Abschätzung der Wechselwirkungsenergie und Kontaktsteifigkeit beim Gleiten auf atomarer Ebene auf einer Natriumchlorid-Modelloberfläche in Ethanol

Die Reibungskraftmikroskopie (FFM) in wässrigen Umgebungen hat sich kürzlich als sehr effektive Methode zur gitterauflösenden Abbildung von Kristalloberflächen erwiesen. Hier zeigen wir die Verwendung von Ethanol für ähnliche Messungen an wasserlöslichen Materialien. Gitteraufgelöste Reibungs-Stick-Slip-Spuren einer gespaltenen NaCl-(100)-Oberfläche, die in Ethanol getaucht ist, werden mit zuvor erhaltenen FFM-Ergebnissen im Ultrahochvakuum (UHV) verglichen. Wir verwenden das Prandtl-Tomlinson-Modell, um die Amplitude des Wellenpotentials und die Kontaktsteifigkeit abzuschätzen. Die Amplitudenskalen des Oberflächenpotentials mit den angelegten Normallasten stimmen gut mit den unter UHV-Bedingungen gemessenen Daten für NaCl überein, zeigen jedoch Abweichungen vom idealen periodischen Potential des Prandtl-Tomlinson-Modells. Ein weiterer Befund ist, dass die Verwendung von Ethanol es uns ermöglicht, höhere Lastbereiche ohne nachweisbare Anzeichen von Oberflächenverschleiß zu untersuchen. Die Kontaktsteifigkeit variiert bei normaler Belastung bis zu 38 nN nicht signifikant, während darüber ein plötzlicher Anstieg um fast eine Größenordnung beobachtet wurde. Ein Vergleich mit früheren Ergebnissen legt nahe, dass im Kontaktbereich erhebliche Atomumlagerungen auftreten können, obwohl die (100)-Oberflächenstruktur durch ethanolunterstützte Diffusion von Na- und Cl-Ionen erhalten bleibt.