211service.com
Inżynierowie prezentują pierwszy chip Casimira, który wykorzystuje energię próżni
Jednym z najdziwniejszych efektów wynikających z kwantowej natury wszechświata jest siła Casimira. To spycha ze sobą dwie równoległe płytki przewodzące, gdy są od siebie oddalone o zaledwie kilkadziesiąt nanometrów.
W takiej skali siła Casimira może dominować, a inżynierowie doskonale zdają sobie sprawę z jej niepożądanych skutków. Jednym z powodów, dla których maszyny mikroelektromechaniczne nigdy nie osiągnęły swojej pierwotnej obietnicy, jest spór, jaki mogą wywołać siły Casimira.
Z drugiej strony wielu inżynierów ma nadzieję na wykorzystanie sił Kazimierza. Różne modele teoretyczne przewidują, że siła powinna być odpychająca między obiektami o określonych kształtach, co może zapobiegać przywieraniu.
Ale jest problem: eksperymenty siłowe Casimira są niezwykle trudne do przeprowadzenia. Jeden ból głowy polega na tym, że nikt nie udoskonalił technologii umożliwiającej dokładne pozycjonowanie różnych obiektów z dokładnością do nanometrów. Innym jest to, że mikroskopijne przedmioty mają tendencję do wypaczania się i zginania; wszelkie pofałdowania na płaskiej powierzchni mogą radykalnie zmienić wielkość działającej między nimi siły Casimira, a nawet jej kierunek. To sprawia, że wyniki eksperymentów są trudne do interpretacji.
Dzisiaj Jie Zou z University of Florida i kilku kumpli robi duży krok w kierunku zmiany tego. Ci faceci wyrzeźbili z krzemu jedno urządzenie, które jest w stanie zmierzyć siłę Casimira między parą równoległych wiązek krzemowych, pierwsze urządzenie na chipie, które to potrafi.
Urządzenie składa się z jednej belki stałej i drugiej ruchomej przymocowanej do siłownika elektromechanicznego. Zespół zaczyna od pomiaru odległości między nimi za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego. Następnie przykładają napięcie do siłownika, który popycha ruchomą belkę w kierunku belki nieruchomej.
Wiązki oscylują z naturalną częstotliwością, którą Zou i spółka mogą łatwo zmierzyć. Jednak ta częstotliwość zależy od sił działających na belki. Tak więc, gdy wiązki zbliżają się do siebie i zmieniają się siły Casimira, zmienia się również częstotliwość oscylacji. W ten sposób Zou i spółka mierzą siłę.
Oczywiście w grę wchodzą również inne siły, takie jak szczątkowe siły elektrostatyczne. Kiedy Zou i spółka wezmą je pod uwagę, ich wyniki mniej więcej zgadzają się z teoretycznymi przewidywaniami siły Casimira, jaką powinny generować wiązki o tym kształcie.
Urządzenie rozwiązuje szereg problemów. Po pierwsze, ponieważ obie wiązki krzemu wykonywane są w tym samym kroku litograficznym, niepożądane zniekształcenia nie stanowią większego problemu. Pozycjonowanie jest również łatwiejsze do kontrolowania, ponieważ belki i siłownik są częścią tego samego urządzenia, a zatem wymagają znacznie mniej kalibracji i wyrównania. Wreszcie są same pomiary, które są prostsze do wykonania na jednym chipie niż w poprzednich eksperymentach.
Wszystko to składa się na znaczący krok naprzód. To, co ci faceci zbudowali, to pierwsza na chipie maszyna, która wykorzystuje siłę Casimira generowaną przez określoną konfigurację geometryczną.
Wielką obietnicą tego wszystkiego jest to, że również inne kształty powinny być możliwe do wykonania. Schemat ten otwiera możliwość dostosowania siły Kazimierza przy użyciu litograficznie zdefiniowanych elementów o niekonwencjonalnych kształtach, powiedzmy Zou i spółka.
Zamiast więc przeszkadzać niekontrolowanym siłom Casimira, następna generacja urządzeń mikroelektromechanicznych powinna być w stanie je wykorzystać, być może do produkcji bezstykowych łożysk, sprężyn, a nawet siłowników.
Ekscytujące czasy dla maszyn mikro i nano.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1207.6163 : Zależne od geometrii siły Kazimierza działające na chip krzemowy