【每日趣闻】展现卡西米尔力的微型设备

编辑:桑瑞 来源:煎蛋 时间:2017-04-25 09:56 [打印] [ ] 论坛
关键词:卡西米尔力 微型设备
【每日趣闻】展现卡西米尔力的微型设备,无中生有听起来很理想,因此多年来科学家试图利用两个极其靠近的物体之间产生的微量能量。这种能量的源头难以确定,曾经被嘲笑为永动机的幻想。现今

无中生有听起来很理想,因此多年来科学家试图利用两个极其靠近的物体之间产生的微量能量。这种能量的源头难以确定,曾经被嘲笑为永动机的幻想。现今,普林斯顿的研究团队发现了一种利用这种力的一个方面——斥力的方式。

七十年前荷兰科学家Hendrik Casimir曾预言这种能量,这种能量起因于量子效应,在真空中将两块相对的平板放置得极其靠近就能观测到。近距离下,平板之间相互排斥,可被用于某些技术中。然而,直到近期才似乎有可能利用这种卡西米尔力来做点有用的东西。(此前也曾有过卡西米尔力的相关文章)

香港科技大学和普林斯顿大学研究者制造的新型硅芯片是迈向卡西米尔力利用的重要一步。在平板上蚀刻出微米级的形状,通过精巧的组装,研究者证实当两块平板靠近时相互排斥。完全使用硅片建造这种设备具有现实的应用价值,可以利用卡西米尔力防止微型机器部件相互粘连。该研究已发布在自然光子学杂志的二月卷上。

真空能量

普林斯顿大学电子工程助理教授Alejandro Rodriguez为设备提供了理论计算,随后香港科技大学Ho Bun Chan领导的团队实际制造了该设备,Rodriguez说道:“这是首个在硅片上验证的卡西米尔效应,使得研究者能够直接测量这种作用力。”

硅片的结构看起来像是排列有100纳米间距齿的平板(人类头发粗约60000~80000纳米)。随着两块平板的靠近,卡西米尔力起作用,并将两者分开。

该排斥反应在没有任何能量输入的条件下发生,而且从表面看来处于真空之中。由于上述特性,这种能量被称为真空零点能。正是由于这些特征,早期曾有言论称卡西米尔力不可能存在,因为其存在意味着某种永动机,违反了物理定律。

这种力已经被实验证实的确存在,来源于少数原子的正常量子涨落。

研究团队证实用硅制造设备控制卡西米尔力是可能的。

Ho Bun Chan说道:“我们的论文显示利用复杂定制形状的结构,是可以控制卡西米尔力的。本文是Rodriguez提出的结构设计的实验实现。”

Rodriguez和他的团队曾经提出一种技术,使研究者能计算两块相互靠近的平行板的相互作用,由此能探索在更复杂的几何形状下的情形。

Rodriguez团队使用纳米光子技术,测量光与结构的相互作用,得到卡西米尔力与两平板相互作用之间的复杂方程式。

该硅制设备包含一个小型的机械弹簧,可测量两块平板之间的作用力,确认该作用力为斥力。粗糙的T形硅齿能形成这种作用力,相对平面不同部分相互作用,从而产生了斥力。

Rodriguez说道:“我们曾经想Chan的小组应该采用哪种形状才能制造出具有显著斥力的设备呢,所以我们做了一些背景研究和计算,以确保得到可测量的作用力。”

下一步研究者计划尝试其他的配置,以获得更强大的斥力和在更大的间距下的斥力。

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