Coulomb repulsion at the nanometer-sized contact: A force driving superhydrophobicity, superfluidity, superlubricity, and supersolidity

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 113, Issue 46, 2009, Pages 20009-20019

  Sun, Chang Q ^a,f   Sun, Yi ^b   Ni, Yanguang ^a   Zhang, Xi ^a   Pan, Jisheng ^b   Wang, Xiao Hui ^c   Zhou, Ji ^c   Li, Long Tu ^c   Zheng, Weitao ^d   Yu, Shansheng ^d   Pan, L K ^e   Sun, Zand Zhuo ^e  

^a NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY   (Singapore)

^b INSTITUTE OF MATERIALS RESEARCH AND ENGINEERING   (Singapore)

^c TSINGHUA UNIVERSITY   (China)

^d JILIN UNIVERSITY   (China)

^e East China Normal University   (China)

^f XIANGTAN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BAND GAPS; CONTACTING FORCE; CORE-ELECTRON BINDING ENERGY; COULOMB REPULSIONS; DEHYBRIDIZATION; DENSITY FUNCTION THEORY CALCULATIONS; ELASTIC SOLIDS; ELECTRIC MONOPOLE; LATTICE STRAIN; LIQUID DROPLETS; LOCAL STRAINS; LONE PAIR; LOW ENERGY ELECTRONS; MONOPOLES AND DIPOLES; NON-BONDING ELECTRONS; QUANTUM TRAPPING; SIZE DEPENDENCE; SKIN-DEPTH; SOLID-SOLID; SUPERHYDROPHOBICITY; SUPERLUBRICITY; SUPERSOLIDITY; THEORY PREDICTIONS; THERMAL EXCITATION; UV RADIATION;

BINDING ENERGY; CHARGE TRAPPING; ELECTRON DIFFRACTION; ELECTRONS; HIGH ENERGY PHYSICS; HYDROPHOBICITY; IONIZATION OF LIQUIDS; LIQUIDS; MAGNETIC LEVITATION; MAGNETIC LEVITATION VEHICLES; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; SKIN; ULTRAVIOLET RADIATION; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

PHASE INTERFACES;

EID: 72149099091     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp907726b     Document Type: Article

References (101)

1. Adam, N. K. Nature 1957, 180, 809.
2. Cassie, A. B. D.; Baxter, S. Trans. Faraday Soc. 1944, 40, 546.
3. Lafuma, A.; Quere, D. Nat. Mater. 2003, 2, 457.
4. Gao, X. F.; Jiang, L. Nature 2004, 432, 36.
5. Zheng, Q. S.; Yu, Y.; Feng, X. Q. J. Adhes. Sci. Technol. 2009, 23, 493.
6. Sun, C. Q. Prog. Solid State Chem. 2007, 35, 1.
7. Sun, C. Q. Prog. Mater Sci. 2003, 48, 521.
8. Zheng, W. T.; Sun, C. Q. Prog. Solid State Chem. 2006, 34, 1.
9. Crain, J. N.; Pierce, D. T. Science 2005, 307, 703.
10. Schouteden, K.; Lijnen, E.; Muzychenko, D. A.; Ceulemans, A.; Chibotaru, L. F.; Lievens, P.; Haesendonck, C. V. Nanotechnology 2009, 20, 395401.
11. Sperl, A.; Kroger, J.; Berndt, R.; Franke, A.; Pehlke, E. New J. Phys. 2009, 11, 063020.
12. Huang, W. J.; Sun, R.; Tao, J.; Menard, L. D.; Nuzzo, R. G.; Zuo, J. M. Nat. Mater. 2008, 7, 308.
13. Li, W.; Amirfazli, A. Adv. Mater. 2007, 19, 3421.
14. Li, X. M.; Reinhoudt, D.; Crego-Calama, M. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1350.
15. Lee, C.; Choi, C. H.; Kim, C. J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 064501.
16. Fang, G. P.; Li, W.; Wang, X. F.; Qiao, G. J. Langmuir 2008, 24, 11651.
17. Li, W.; Fang, G. P.; Lij, Y. F.; Qiao, G. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7234.
18. Zheng, X. P.; Zhao, H. P.; Gao, L. T.; Liu, J. L.; Yu, S. W.; Feng, X. Q. J. Colloid Interface Sci. 2008, 323, 133.
19. Caputo, G.; Cingolani, R.; Cozzoli, P. D.; Athanassiou, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3692.
20. Sun, R. D.; Nakajima, A.; Fujishima, A.; Watanabe, T.; Hashimoto, K. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 1984.
21. Schoch, R. B.; Han, J. Y.; Renaud, P. Rev. Mod. Phys. 2008, 80, 839.
22. Wong, K. F. V.; Kurma, T. Nanotechnology 2008, 19, 345702.
23. Thomas, J. A.; McGaughey, A. J. H. Nano Lett. 2008, 8, 2788.
24. Whitby, M.; Cagnon, L.; Thanou, M.; Quirke, N. Nano Lett. 2008, 8, 2632.
25. Majumder, M.; Chopra, N.; Andrews, R.; Hinds, B. J. Nature 2005, 438, 44.
26. Yuan, Q. Z.; Zhao, Y. P. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6374.
27. Baldessari, F. J. Colloid Interface Sci. 2008, 325, 526.
28. Socoliuc, A.; Gnecco, E.; Maier, S.; Pfeiffer, O.; Baratoff, A.; Bennewitz, R.; Meyer, E. Science 2006, 313, 207.
29. Gnecco, E.; Maier, S.; Meyer, E. J. Phys.: Condens. Matter 2008, 20, 354004.
30. Cumings, J.; Zettl, A. Science 2000, 289, 602.
31. Cannara, R. J.; Brukman, M. J.; Cimatu, K.; Sumant, A. V.; Baldelli, S.; Carpick, R. W. Science 2007, 318, 780.
32. Socoliuc, A.; Bennewitz, R.; Gnecco, E.; Meyer, e Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 134301.
33. Superlubricity; Erdemir, A., Martin, J. M., Eds.; Elsevier: New York, 2007.
34. Park, J. Y.; Ogletree, D. F.; Thiel, P. A.; Salmeron, M. Science 2006, 313, 186.
35. Tomlinson, G. A. Philos. Mag. 1929, 7, 905.
36. Prandtl, L. Z. Angew. Math. Mech. 1928, 8, 85.
37. Mo, Y. F.; Turner, K. T.; Szlufarska, I. Nature 2009, 457, 1116.
38. Kim, E.; Chan, M. H. W. Nature 2004, 427, 225.
39. Balibar, S.; Caupin, F. J. Phys.: Condens. Matter 2008, 20, 173201.
40. Hunt, B.; Pratt, E.; Gadagkar, V.; Yamashita, M.; Balatsky, A. V.; Davis, J. C. Science 2009, 324, 632.
41. Day, J.; Beamish, J. Nature 2007, 450, 853.
42. Anderson, P. W. Science 2009, 324, 631.
43. Pollet, L.; Boninsegni, M.; Kuklov, A. B.; Prokof'ev, N. V.; Svistunov, B. V.; Troyer, M. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 097202.
44. Sasaki, S.; Ishiguro, R.; Caupin, F.; Maris, H. J.; Balibar, S. Science 2006, 313, 1098.
45. Saunders, J. Science 2009, 324, 601.
46. Matsui, F.; Matsushita, T.; Kato, Y.; Hashimoto, M.; Inaji, K.; Guo, F. Z.; Daimon, H. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 207201.
47. Sun, C. Q. Phys. Rev. B 2004, 69, 045105.
48. Pershan, P. S.; Stoltz, S. E.; Shpyrko, O. G.; Deutsch, M.; Balagurusamy, V. S. K.; Meron, M.; Lin, B.; Streitel, R. Phys. Rev. B 2009, 79, 115417.
49. Shpyrko, O. G.; Grigoriev, A. Y.; Steimer, C.; Pershan, P. S.; Lin, B. H.; Meron, M.; Graber, T.; Gerbhardt, J.; Ocko, B.; Deutsch, M. Phys. Rev. B 2004, 70, 224206.
50. Tsai, Y. C.; Hsu, C. W.; Yu, J. S. K.; Lee, G. H.; Wang, Y.; Kuo, T. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 7250.
51. Noor, A.; Wagner, F. R.; Kempe, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 7246.
52. Untiedt, C.; Yanson, A. I.; Grande, R.; Rubio-Bollinger, G.; Agrait, N.; Vieira, S.; van Ruitenbeek, J. M. Phys. Rev. B 2002, 66, 085418.
53. Smit, R. H. M.; Untiedt, C.; Yanson, A. I.; van Ruitenbeek, J. M. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 266102.
54. Kizuka, T. Phys. Rev. B 2008, 77, 155401.
55. Sun, C. Q.; Bai, H. L.; Tay, B. K.; Li, S.; Jiang, E. Y. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7544.
56. Sun, C. Q.; Fu, S. Y.; Nie, Y. G. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18927.
57. Rastei, M. V.; Heinrich, B.; Limot, L.; Ignatiev, P. A.; Stepanyuk, V. S.; Bruno, P.; Bucher, J. P. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 246102.
58. Mironets, O.; Meyerheim, H. L.; Tusche, C.; Stepanyuk, V. S.; Soyka, E.; Zschack, P.; Hong, H.; Jeutter, N.; Felici, R.; Kirschner, J. Phys. Rev. Lett. 2008, 100.
59. Qi, W. H.; Huang, B. Y.; Wang, M. P. Nanoscale Res. Lett. 2009, 4, 269.
60. Qi, W. H.; Huang, B. Y.; Wang, M. P. J. Adhes. Sci. Technol. 2009, 6, 635.
61. Ding, Y.; Sun, C. Q.; Zhou, Y. C. J. Appl. Phys. 2008, 103, 084317.
62. Liu, X. J.; Li, J. W.; Zhou, Z. F.; Yang, L. W.; Ma, Z. S.; Xie, G. F.; Pan, Y.; Sun, C. Q. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 131902.
63. Roduner, E. Chem. Soc. Rev. 2006, 35, 583.
64. Ma, D. D. D.; Lee, C. S.; Au, F. C. K.; Tong, S. Y.; Lee, S. T. Science 2003, 299, 1874.
65. Fang, B. S.; Lo, W. S.; Chien, T. S.; Leung, T. C.; Lue, C. Y.; Chan, C. T.; Ho, K. M. Phys. Rev. B 1994, 50, 11093.
66. Bartynski, R. A.; Heskett, D.; Garrison, K.; Watson, G.; Zehner, D. M.; Mei, W. N.; Tong, S. Y.; Pan, X. J. Vac. Sci. Technol., A 1989, 7, 1931.
67. Kim, K. J.; Lee, H.; Choi, J. H.; Youn, Y. S.; Choi, J.; Kang, T. H.; Jung, M. C.; Shin, H. J.; Lee, H. J.; Kim, S.; Kim, B. Adv. Mater. 2008, 20, 3589.
68. Hibino, H.; Kageshima, H.; Kotsugi, M.; Maeda, F.; Guo, F.-Z.; Watanabe, Y. Phys Rev B 2009, 79, 125431.
69. Sun, C. Q.; Tay, B. K.; Lau, S. P.; Sun, X. W.; Zeng, X. T.; Li, S.; Bai, H. L.; Liu, H.; Liu, Z. H.; Jiang, E. Y. J. Appl. Phys. 2001, 90, 2615.
70. Sun, C. Q. Prog. Mater Sci. 2009, 54, 179.
71. Rao, C. N. R.; Kulkarni, G. U.; Thomas, P. J.; Edwards, P. P. Chem. Eur. J. 2002, 8, 29.
72. Niimi, Y.; Matsui, T.; Kambara, H.; Fukuyama, H. Phys. e 2005, 34, 100.
73. Crain, J. N.; Stiles, M. D.; Stroscio, J. A.; Pierce, D. T. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 156801.
74. Nakada, K.; Fujita, M.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. B 1996, 54, 17954.
75. Pinto, R. A.; Haque, M.; Flach, S. Phys. Rev. A 2009, 79, 052118.
76. Matsuda, I.; Liu, C.; Hirahara, T.; Ueno, M.; Tanikawa, T.; Kanagawa, T.; Hobara, R.; Yamazaki, S.; Hasegawa, S. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 146805.
77. Schiller, F.; Heber, M.; Servedio, V. D. P.; Laubschat, C. Phys. Rev. B 2004, 70, 125106.
78. Wang, B.; Xiao, X. D.; Huang, X. X.; Sheng, P.; Hou, J. G. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 1179.
79. Hou, J. G.; Wang, B.; Yang, J. L.; Wang, X. R.; Wang, H. Q.; Zhu, Q. S.; Xiao, X. D. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 5321.
80. Liu, X.; Bauer, M.; Bertagnolli, H.; Roduner, E.; van Slageren, J.; Phillipp, F. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 253401.
81. Coey, J. M. D. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2006, 10, 83.
82. Street, R. A. Hydrogenated amorphous silicon; Cambridge University Press: New York, 1991.
83. Abbas, Z.; Labbez, C.; Nordholm, S.; Ahlberg, E. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5715.
84. Liu, D.; Lian, J. S.; Jiang, Q. J. Chem. Phys. C 2009, 113, 1168.
85. Pabisiak, T.; Kiejna, A. Phys. Rev. B 2009, 79, 10.
86. Magnusson, M. H.; Deppert, K.; Malm, J. O.; Bovin, J. O.; Samuelson, L. J. Nanopart. Res. 1999, 1, 243.
87. Nasibulin, A. G.; Shandakov, S. D.; Anisimov, A. S.; Gonzalez, D.; Jiang, H.; Pudas, M.; Queipo, P.; Kauppinen, E. I. J. Chem. Phys. C 2008, 112, 5762.
88. Leung, C.; Kinns, H.; Hoogenboom, B. W.; Howorka, S.; Mesquida, P. Nano Lett. 2009, 9, 2769.
89. Jakubczyk, D.; Kolwas, M.; Derkachov, G.; Kolwas, K. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10598.
90. Liu, S.; Luo, J.; Xie, G.; Guo, D. J. Appl. Phys. 2009, 105, 124301.
91. Apai, G.; Hamilton, J. F.; Stohr, J.; Thompson, A. Phys. Rev. Lett. 1979, 43, 165.
92. Wasserma, H. J.; Vermaak, J. S. Surf. Sci. 1972, 32, 168.
93. Kara, A.; Rahman, T. S. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 1453.
94. Chen, C. Q.; Shi, Y.; Zhang, Y. S.; Zhu, J.; Yan, Y. J. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 075505.
95. Yang, D. Q.; Sacher, E. Appl. Surf. Sci. 2002, 195, 187.
96. Pan, L. K.; Sun, C. Q.; Tay, B. K.; Chen, T. P.; Li, S. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 11725.
97. Campbell, I. H.; Fauchet, P. M. Solid State Commun. 1986, 58, 739.
98. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
99. Wang, B.; Wang, K. D.; Lu, W.; Yang, J. L.; Hou, J. G. Phys. Rev. B 2004, 70, 205411.
100. Jensen, F.; Besenbacher, F.; Laegsgaard, E.; Stensgaard, I. Phys. Rev. B 1990, 42, 9206.
101. Chua, F. M.; Kuk, Y.; Silverman, P. J. Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 386.