211service.com
Frastødende kraft kunne eliminere nanofriktion
Når to objekter er så tæt på hinanden, at afstanden mellem dem er omtrent den samme størrelse som kvantefluktuationer kaldet virtuelle partikler, trækkes de sammen. Denne effekt, forårsaget af Casimir-styrken, er ikke noget, som menneskeheden har behøvet at bekymre sig om indtil for nylig. Men efterhånden som forskere udvikler nanomekaniske enheder til kommunikation og beregning, er såkaldt stiction dukket op som en potentiel stopklods, der for eksempel kan begrænse tætheden af hukommelseschips. Men der er en bagside ved Casimir-kraften, der muligvis aktiverer, snarere end hindrer, nano-enheder. Hendrik Casimir, der beskrev sin eponyme kraft i 1948, og Evgeny Lifshitz, der udvidede sit arbejde, forudsagde, at på lidt større afstande ville denne kraft blive frastødende. Nu har forskere ved Harvard University og National Institutes of Health set denne frastødende kraft i laboratoriet for første gang.
I denne illustration af Casimir-styrken oplever en lille guldkugle og plade stikning (til højre). Men med den rigtige kombination af materialer, som til venstre, hvor en guldkugle er parret med en silicaplade, vender Casimir-kraften og bliver frastødende. Fremtidige enheder i nanoskala kan drage fordel af denne effekt. Kredit: U. Christensen
Forskerne vendte Casimir-kraften gennem deres valg af materialer. Om kraften er tiltrækkende eller frastødende, viser det sig, afhænger af de relative dielektriske permittiviteter af de to overflader og af mediet, der ligger mellem dem. (Dielektrisk permittivitet er en materialeegenskab, der beskriver, hvordan et materiale interagerer med elektriske felter.) Da forskerne samlede en guldbelagt kugle på omkring 40 mikrometer i diameter og en silicaplade, begge nedsænket i den flydende brombenzen, målte de en frastødende Casimir kraft. Guldkuglen var fastgjort til et atomkraftmikroskop, som blev brugt til at detektere denne frastødning. Disse resultater er beskrevet i journalen Natur .
Disse resultater tyder på, at det burde være muligt at skabe friktionsfri, friktionsfri nanomekaniske enheder baseret på det, forskerne kalder kvantelevitation. Det er endnu ikke klart, hvilke applikationer der vil blive fundet til kvantelevitation, men ifølge en pressemeddelelse fra Harvard har forskerne indgivet et amerikansk patent, der dækker nano-enheder baseret på fænomenet. Tænk friktionsfri kuglelejer og ultrafølsomme kemikaliedetektorer.
Harvard-forskerne blev ledet af Federico Capasso , en fysiker, der udviklede den første kvante-kaskadelaser på Bell Labs i midten af 1990'erne. Han har også været med i vores 10 Emerging Technologies sektion i 2007 for sit arbejde med optiske antenner.