김수은 연구실은 그래핀과 전이금속 칼코게나이드 등 이차원 나노구조를 중심으로 반데르발스 헤테로구조, 모아레 현상, 층간 탄성 및 계면 물성을 연구하며, AFM 기반의 정밀 측정과 나노가공 기술을 통해 마찰·탄성·전기적 특성을 규명하고 차세대 반도체 및 광전자 재료 응용으로 확장하는 재료·응용물리 융합 연구를 수행하고 있다.
Influence of cutoff radius and tip atomic structure on energy barriers encountered during AFM tip sliding on 2D monolayers
Jaehun Lim, Donghyeon Moon, Sunghyun Kim, Suenne Kim
IF 2.8
Nanotechnology
In computational studies using the Lennard-Jones (LJ) potential, the widely adopted 2.5<i>σ</i>cutoff radius effectively truncates pairwise interactions across diverse systems (Santra<i>et al</i>2008<i>J. Chem. Phys.</i><b>129</b>234704, Chen and Gao 2021<i>Friction</i><b>9</b>502-12, Bolintineanu<i>et al</i>2014<i>Part. Mech.</i><b>1</b>321-56, Takahiro and Kazuhiro 2010<i>J. Phys.: Conf. Ser.</i><b>215</b>012123, Zhou<i>et al</i>2016<i>Fuel</i><b>180</b>718-26, Toxvaerd and Dyre 2011<i>J. Chem. Phys.</i><b>134</b>081102, Toxvaerd and Dyre 2011<i>J. Chem. Phys.</i><b>134</b>081102). Here, we assess its adequacy in determining energy barriers encountered by a Si monoatomic tip sliding on various two-dimensional (2D) monolayers, which is crucial for understanding nanoscale friction. Our findings emphasize the necessity of a cutoff radius of at least 3.5<i>σ</i>to achieve energy barrier values exceeding 95% accuracy across all studied 2D monolayers. Specifically, 3.5<i>σ</i>corresponds to 12.70 Å in graphene, 12.99 Å in MoS<sub>2</sub>and 13.25 Å in MoSe<sub>2</sub>. The barrier values calculated using this cutoff support previous experiments comparing friction between different orientations of graphene and between graphene and MoS<sub>2</sub>(Almeida<i>et al</i>2016<i>Sci. Rep.</i><b>6</b>31569, Zhang<i>et al</i>2014<i>Sci. China</i><b>57</b>663-7). Furthermore, we demonstrate the applicability of the 3.5<i>σ</i>cutoff for graphene on an Au substrate and bilayer graphene. Additionally, we investigate how the atomic configuration of the tip influences the energy barrier, finding a nearly threefold increase in the barrier along the zigzag direction of graphene when using a Si(001) tip composed of seven Si atoms compared to a monoatomic Si tip.
Electrostatic moiré potential from twisted hexagonal boron nitride layers
Dong Seob Kim, Roy C. Dominguez, Rigo Mayorga-Luna, Dingyi Ye, Jacob Embley, Tixuan Tan, Yue Ni, Zhida Liu, Mitchell Ford, Frank Y. Gao, Saba Arash, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Suenne Kim, Chih‐Kang Shih, Keji Lai, Wang Yao, Li Yang, Xiaoqin Li, Yoichi Miyahara
Accurate Atomic-Scale Imaging of Two-Dimensional Lattices Using Atomic Force Microscopy in Ambient Conditions
Sunghyun Kim, Donghyeon Moon, Bo Ram Jeon, Jegyeong Yeon, Xiaoqin Li, Suenne Kim
IF 4.3
Nanomaterials
To facilitate the rapid development of van der Waals materials and heterostructures, scanning probe methods capable of nondestructively visualizing atomic lattices and moiré superlattices are highly desirable. Lateral force microscopy (LFM), which measures nanoscale friction based on the commonly available atomic force microscopy (AFM), can be used for imaging a wide range of two-dimensional (2D) materials, but imaging atomic lattices using this technique is difficult. Here, we examined a number of the common challenges encountered in LFM experiments and presented a universal protocol for obtaining reliable atomic-scale images of 2D materials under ambient environment. By studying a series of LFM images of graphene and transition metal dichalcogenides (TMDs), we have found that the accuracy and the contrast of atomic-scale images critically depended on several scanning parameters including the scan size and the scan rate. We applied this protocol to investigate the atomic structure of the ripped and self-folded edges of graphene and have found that these edges were mostly in the armchair direction. This finding is consistent with the results of several simulations results. Our study will guide the extensive effort on assembly and characterization of new 2D materials and heterostructures.
본 연구는 나노영역에서의 운동 마찰을 원자간 상호작용 관점에서 설명하려는 연구임.
연구목표는 속도와 수직항력에 대한 비선형 관계를 갖는 나노마찰을 원자간 상호작용에너지 계산 기반의 새로운 물리학적 모델로 규명하고, 나노마찰력을 정량화하는 데 있음. 연구내용은 atomic structure, atomic basis의 영향 분석, 통합적 운동 마찰력 모델제시, 외력(external electric/magnetic force)을 통한 나노마찰력 제어 가능성 연구를 포함함. 기대효과는 나노단위계 통용 마찰법칙 제공, 마찰현상 인식 다각화, N/MEMS 등 공학적 응용을 위한 기초 제공임
본 과제는 나노영역에서의 운동 마찰력을 원자간 상호작용에서 출발해 설명하는 연구임. 나노영역 마찰력은 속도와 수직항력에 비선형 관계를 보이므로, 수직항력에 선형적으로 비례하는 기존 식을 대체할 새로운 물리학적 모델이 요구됨.
연구목표는 원자간 상호작용에너지 계산 기반의 보다 근본적 접근으로 나노마찰현상을 설명하고, 실험을 통한 체계적 이해로 비선형 마찰현상 규명 및 나노마찰력 정량화에 있음. atomic structure, atomic basis, 통합적 운동 마찰력 모델제시, 외력(external electric/magnetic force)을 통한 나노마찰력 제어 가능성 연구 수행함. 기대효과는 나노단위계 마찰법칙 재정립, 마찰 개념 확장 및 N/MEMS 등 공학적 응용 가치 증대임.
본 연구는 나노영역에서의 운동 마찰을 원자간 상호작용에서 설명하는 연구임. 나노마찰력은 속도와 수직항력에 대해 비선형 관계를 보여 기존의 수직항력 선형 비례식 적용이 어려움.
연구목표는 원자간 상호작용에너지 계산을 바탕으로 나노마찰현상을 아울러 설명하는 새로운 물리학적 모델을 제시하는 데 있음. 연구내용은 atomic structure·atomic basis가 운동 마찰력에 미치는 영향 규명, 통합적 모델제시, external electric/magnetic force를 통한 나노마찰력 제어 가능성 연구 수행함. 기대효과는 나노단위계 통용 마찰법칙 제공, 마찰현상의 인식 다각화, N/MEMS 등 공학적 응용을 위한 기초 물리 재정립에 있음.