211service.com
Ingeniører afslører første Casimir-chip, der udnytter vakuumenergien
En af de mærkeligste effekter, der opstår fra universets kvantenatur, er Casimir-kraften. Dette skubber to parallelle ledende plader sammen, når de kun er et par dusin nanometer fra hinanden.
På denne slags skalaer kan Casimir-styrken dominere, og ingeniører er godt klar over dens uønskede virkninger. En grund til, at mikroelektromekaniske maskiner aldrig har nået deres oprindelige løfte, er den stivhed, som Casimir-kræfter kan generere.
På den anden side håber mange ingeniører at udnytte Casimir-styrken. Forskellige teoretiske modeller forudsiger, at kraften skulle være frastødende mellem objekter af bestemte former, et fænomen, der kunne forhindre stikning.
Men der er et problem: Casimir krafteksperimenter er ekstremt svære at udføre. En hovedpine er, at ingen har perfektioneret teknologien til at placere forskellige objekter nøjagtigt med en nanometerskala. En anden er, at mikroskopiske genstande har en tendens til at deformeres og bøjes; enhver korrugering på en flad overflade kan dramatisk ændre mængden af Casimir-kraft mellem dem og endda dens retning. Det gør eksperimentelle resultater svære at fortolke.
I dag tager Jie Zou ved University of Florida og et par venner et stort skridt i retning af at ændre dette. Disse fyre har skåret en enkelt enhed ud af silicium, der er i stand til at måle Casimir-kraften mellem et par parallelle siliciumstråler, den første on-chip-enhed, der er i stand til at gøre dette.
Enheden består af en fast bjælke og en anden bevægelig en fastgjort til en elektromekanisk aktuator. Holdet starter med at måle adskillelsen mellem dem ved hjælp af et scanningselektronmikroskop. De påfører derefter en spænding til aktuatoren, som skubber den bevægelige bjælke mod den faste bjælke.
Strålerne svinger med en egenfrekvens, som Zou og co nemt kan måle. Denne frekvens afhænger dog af kræfterne på bjælkerne. Så efterhånden som strålerne bevæger sig tættere sammen, og Casimir-kræfterne ændrer sig, ændrer oscillationsfrekvensen sig også. Sådan måler Zou og co kraften.
Selvfølgelig er der også andre kræfter på spil her, såsom resterende elektrostatiske kræfter. Når Zou og co tager disse i betragtning, matcher deres resultater mere eller mindre nøjagtigt de teoretiske forudsigelser for den Casimir-kraft, som stråler af denne form skulle generere.
Enheden løser en række problemer. For det første, fordi begge siliciumbjælker er lavet i samme litografiske trin, er uønskede forvrængninger ikke et væsentligt problem. Og positioneringen er også nemmere at kontrollere, da bjælkerne og aktuatoren alle er en del af den samme enhed og derfor behøver langt mindre kalibrering og justering. Endelig er der selve målingerne, som er mere ligetil at lave på en enkelt chip end i tidligere eksperimenter.
Alt dette giver et væsentligt skridt fremad. Hvad disse fyre har bygget, er den første on-chip-maskine, der udnytter den Casimir-kraft, der genereres af en specifik geometrisk konfiguration.
Det store løfte ved alt dette er, at andre former også skal være mulige at fremstille. Dette skema åbner muligheden for at skræddersy Casimir-styrken ved hjælp af litografisk definerede komponenter af ikke-konventionelle former, siger Zou og co.
Så i stedet for at blive hindret af ukontrollerbare Casimir-kræfter, burde den næste generation af mikroelektromekaniske enheder være i stand til at udnytte dem, måske til at lave stikløse lejer, fjedre og endda aktuatorer.
Spændende tider for mikro- og nanomaskiner.
Ref: arxiv.org/abs/1207.6163 : Geometri-afhængige Casimir-kræfter på en siliciumchip