Force dependence of energy barriers in atomic friction and single-molecule force spectroscopy: critique of a critical scaling relation
Notice bibliographique
Résumé
Friction force microscopy and single-molecule force spectroscopy are experimental methods to explore multistable energy landscapes by means of a controlled reduction of the energy barriers between adjacent potential minima. This affects the system's interstate transition rates proportional to e(-ΔE(f)/kBT), with ΔE(f) being the barrier height, k(B)T the thermal energy, and f the elastic force applied. It is often assumed that, at large forces, the barrier height scales as (f(c) - f)(3/2), where f(c) is the critical force, at which the barrier vanishes. We show that, for the elastic forces produced by a pulling device of finite stiffness κ, this scaling relation is actually incorrect. Rather, the barrier is a double-valued function of force of the form E(f) ∝ (κ/κ(c) ±√1 − f/f(0))(3), where f(0) is the maximal force that the system potential can generate, and the characteristic stiffness κ(c) is not necessarily much larger than κ. In particular, for finite κ, the barrier vanishes at a certain force f(κ) < f(0), but, in view of the double-valuedness of ΔE(f), the maximal force f0 can still be reached. We derive the relation between the most probable force at the moment of transition, fm, and the pulling velocity, v. The usually assumed scaling f(m) ∝ (ln v)(2/3) is recovered as the κ → 0 limit of our more general result, but becomes increasingly worse as κ grows. We introduce a new data analysis method that allows one to quantitatively characterize the system potential and evaluate the stiffness of the pulling device, κ, which is usually not known beforehand. We demonstrate the feasibility of our method by analyzing the results of a numerical experiment based on the standard Prandtl-Tomlinson model of nanoscale friction.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».