Siła odpychająca może wyeliminować nanotarcie

Kiedy dwa obiekty są tak blisko siebie, że odległość między nimi jest mniej więcej tej samej wielkości co fluktuacje kwantowe zwane cząsteczkami wirtualnymi, są one przyciągane do siebie. Ten efekt, wywołany przez siły Kazimierza, nie jest czymś, o co ludzkość musiała się martwić do niedawna. Jednak w miarę jak naukowcy opracowują urządzenia nanomechaniczne do komunikacji i obliczeń, tak zwana fikcja pojawiła się jako potencjalna przeszkoda, która może na przykład ograniczać gęstość chipów pamięci. Ale siła Casimira ma swoją drugą stronę, która może umożliwić, a nie utrudniać działanie nanourządzeń. Hendrik Casimir, który opisał swoją tytułową siłę w 1948 roku, i Evgeny Lifshitz, który rozszerzył swoją pracę, przewidzieli, że przy nieco większych odległościach ta siła powinna stać się odpychająca. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Harvarda i National Institutes of Health po raz pierwszy dostrzegli tę odpychającą siłę w laboratorium.

Na tej ilustracji siły Kazimierza maleńka złota kula i płyta doświadczają styczności (po prawej). Ale przy odpowiedniej kombinacji materiałów, jak po lewej, gdzie złota kula jest połączona z płytką krzemionkową, siła Casimira odwraca się, stając się odpychająca. Przyszłe urządzenia w nanoskali mogą wykorzystać ten efekt. Źródło: U. Christensen

Naukowcy odwrócili siłę Casimira poprzez wybór materiałów. Okazuje się, że siła przyciągania lub odpychania zależy od względnej przenikalności dielektrycznej obu powierzchni i ośrodka, który znajduje się między nimi. (Przenikalność dielektryczna jest właściwością materiału, która opisuje, w jaki sposób materiał oddziałuje z polami elektrycznymi). Kiedy naukowcy połączyli pokrytą złotem kulę o średnicy około 40 mikrometrów i płytkę krzemionkową, obie zanurzone w ciekłym bromobenzenie, zmierzyli odpychający Casimir zmuszać. Złota kulka została przymocowana do mikroskopu sił atomowych, który został użyty do wykrycia tego odpychania. Wyniki te są opisane w czasopiśmie Natura .

Wyniki te sugerują, że powinno być możliwe tworzenie bezstykowych, pozbawionych tarcia urządzeń nanomechanicznych w oparciu o to, co naukowcy nazywają lewitacją kwantową. Nie jest jeszcze jasne, jakie zastosowania zostaną znalezione dla lewitacji kwantowej, ale zgodnie z komunikatem prasowym z Harvardu, naukowcy złożyli amerykański patent obejmujący nanourządzenia oparte na tym zjawisku. Pomyśl o łożyskach kulkowych bez tarcia i ultraczułych detektorach chemicznych.

Badaczom z Harvardu kierowali Federico Capasso , fizyk, który w połowie lat 90. opracował pierwszy kwantowy laser kaskadowy w Bell Labs. Był także opisywany w naszej sekcji 10 nowych technologii w 2007 roku za swoją pracę nad antenami optycznymi.

ukryć