工程纳米结构降低了Casimir效应

时间：2021-09-18 18:25:02 来源：

研究人员测量了金属光栅和金涂层球之间的Casimir吸引力。他们发现，当两个表面被移开彼此时，纳米结构表面和球体之间的吸引力比理论更快地降低得多。

通过用含有工程化纳米结构的表面替换平坦表面，研究人员发现，两个表面之间的卡西米尔吸引力比理论上预测的更快地减少得多。

您可能会认为一对平行板在真空中悬挂一动不动，只是彼此的一小节镜头将像陌生人一样，夜间通过而是靠近但注定注定从未见过。感谢量子力学，你会错。

为工程师们努力工作的科学家们只有很好地知道它们，因为它们必须抓住量子力量和所有伴随着它们的怪异。这些量子力，最符合的Casimir效果，如果需要保持紧密间隔的表面，可以享受破坏。

控制这些效果也可能是制造永不粘的小型机械部件，用于建立某些类型的量子计算机，以及用于在微观尺寸的重力进行研究。

现在，涉及来自许多联邦实验室的科学家的大型协同研究组，包括国家标准和技术研究所（NIST）和主要大学，已经观察到这些粘性效应可以通过图案化一个表面来增加或减少纳米级结构。在Nature Communications中描述的发现开启了一个新的路径，用于调整这些效果。

但是，随着量子现象的情况，工作即使它也会回答别人，工作也会提出新的问题。

量子力学的一个见解是没有空间，甚至是外太空，真正空虚。它充满了量子波动形式的能量，包括波动的电磁场，似乎从无到来并将尽可能快地消失。

然而，其中一些能量只是不能在一对机电触点之间的潜在计空间中“拟合”。外面的更多能量比内部的能量导致一种称为Casimir力的“压力”，这可能足够强大，以将触点推在一起并粘。

普遍的理论是一种很好的工作，描述了无特征，平面和甚至在最平滑的弯曲表面之间的卡西米尔力。然而，据NIST研究人员和本文的共同作者，Vladimir Akyuk，现有理论未能预测他们在实验中观察到的相互作用。

“在我们的实验中，我们测量了用周周期，平顶脊行的镀金球体和扁平金表面之间的Casimir吸引力，每个小于100纳米横跨，用深层覆盖的侧面分开了一些更宽的间隙， “Aksyuk说。“我们希望了解纳米结构的金属表面如何影响Casimir相互作用，从未尝试过金属表面。自然地，我们预计，无论它们之间的距离如何，我们会在沟槽表面和球体之间减少吸引力，因为槽表面的顶部呈较少的总表面积和更少的材料。但是，我们知道卡西米尔力量对表面形状的依赖性并不那么简单。“

事实上，他们发现的是更复杂的。

根据Aksyuk的说法，当它们增加球体表面和带槽表面之间的分离时，研究人员发现，Casimir吸引力比预期更快地降低得多。当它们移动到更远的球体时，力下降了两个低于理论上预测值的因素。当它们将球形表面靠近脊顶部移动时，每单位脊顶面积的吸引力增加。

“理论可以解释更强大的吸引力，但不是为了增加分离力的力量过度疲软，”Aksyuk说。“所以这是新领域，物理界将需要提出一个新的模型来描述它。”

这项工作是与来自Los Alamos国家实验室的科学家合作进行的;马里兰州大学，大学公园;氩气国家实验室;和印第安纳大学 - 印第安纳波利斯普渡大学。

出版物：Francesco Intravaia，等，“通过金属表面纳米结构，”自然通信4，物品编号“的强烈卡西米尔力量减少，”2515; DOI：10.1038 / ncomms3515

研究报告的PDF副本：通过金属表面纳米结构减少强烈的卡西米尔力

图像：D. Lopez / Argonne

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