Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Abb. 2. Superschmierung von Graphen-Nanobändern, die auf einer Goldoberfläche angetrieben werden. [4] Die Gleitbewegung von Nanoobjekten wie Metall- clustern, organischen Nanokristallen und sogar einzelnen Molekülen, die elastisch bewegt wer- den, kann mithilfe der AFM-basierten Nanomani- pulation untersucht werden. Auf der Nanoskala ist das kantengetriebene Frenkel-Kontorova-Mo- dell sehr gut geeignet, um die Stick-Slip-Reaktion der Objekte und ihre Ablösung vom Substrat zu charakterisieren. Mit diesem Modell konnten wir die Bewegung von Graphen-Nanobändern auf Gold [4] und von Porphyrinmolekülen auf Kupfer [5] reproduzieren, und die Stick-Slip-Bewegung einzelsträngiger DNA auf Graphen vorhersagen [6]. In dem nächsten Schritt konzentrieren wir uns auf Kommensurabilitätseffekte an der Grenz- fläche zwischen Metall-Nanoinseln und MoS 2 - Substraten mit interessanten Anwendungen für die Molekularelektronik auf Sicht (kontrollierte Positionierung von Nanoelektroden). Hier können MD-Simulationen erfolgreich mit minimalisti- schen Kollisionsmodellen kombiniert werden, um die experimentellen Ergebnisse zu interpretieren. Nanomanipulation [4] S. Kawai et al. (2016): Superlubricity of graphene nanoribbons on gold surfaces. Science, DOI: 10.1126/science.aad3569 [5] R. Pawlak et al. (2016): Single-molecule tribology: Force microsco- py manipulation of a porphyrin derivative on a copper surface. ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.5b05761 [6] G. Vilhena et al. (2017): Stick–slip motion of ssDNA over graphene. J. Phys. Chem. B, DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b06952 Abrasiver Verschleiß und Kontaktalterung im Nanobereich Ein drittes Thema ist die Überwachung der Ent- wicklung nachgiebiger Oberflächen, die durch eine Nanospitze abgekratzt und strukturiert wer- den. Auch in diesem Zusammenhang haben wir Modelle entwickelt, die die Bildung von Wellen- mustern auf amorphen Oberflächen und die Zu- nahme der Reibung an einem Kristall als Ergeb- nis von „Kontaktalterungseffekten“ vorhersagen, die experimentell vollständig bestätigt werden [7]. Ein wichtiger Teil dieses Projekts ist auch die Identifizierung physikalischer Methoden (z.B. Ultraschallvibrationen, die beim Kratzen ange- wendet werden), um Oberflächenschäden zu re- duzieren [8]. Zu dieser Forschungsrichtung ge- hört auch der Einfluss von Oberflächen- Nanostrukturen auf die Adhäsion von Nanoparti- keln und sogar von organischen Systemen (z.B. Stammzellen) [9]. [7] J.J. Mazo et al.: (2017) Time strengthening of crystal nano- contacts. Phys. Rev. Lett., DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.246101 [8] P. Pedraz et al. (2015): Controlled suppresion of wear on the nano- scale by ultrasonic vibrations. ACS Nano, DOI: 10.1021/ acsnano.5b02466 [9] P. Pedraz et al. (2016): Adhesion modification of neural stem cells induced by nanoscale ripple patterns, Nanotechnology, DOI: 10.1088/0957-4484/27/12/125301 Abb. 3. Kontakt zwischen einer neuralen Stammzelle und einer gewellten Glasoberfläche. Zu beachten ist die Zickzack-Anordnung der Filopodien über das Wel- lenmuster [9]. Forschung — 85