Ученые измерили силу Казимира с помощью микрорасчески

Группа ученых из Гонконгского университета науки и технологии и Принстонского университета создали микросхему, в которой, за счет необычной структуры, эффект Казимира используется в обратном виде – наноструктуры отталкиваются, а не притягиваются друг к другу. Это открывает дорогу к использованию эффекта Казимира на практике, к примеру, для предотвращения слипания частей микроэлектронных систем. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics.

Эффект Казимира заключается в взаимном притяжении незаряженных тел, находящихся на расстояниях нескольких сотен нанометров и ниже. Сила, возникающая между телами обусловлена квантовыми флукуациями в вакууме – постоянным возникновением и исчезновением виртуальных пар фотонов. Этот эффект можно представить следующим образом: постоянно образующиеся и исчезающие частицы оказывают давление на тела. Однако, при расстояниях между телами в сотни нанометров количество таких частиц уменьшается, тогда как давление извне остается неизменным, в итоге тела начинают притягиваться друг к другу. Несмотря на то, что этот эффект был теоретически предсказан почти 70 лет назад, экспериментально полученных данных о нем все еще мало.

Исследователи создали микромеханическое устройство, с помощью которого можно измерить силу Казимира. Часть исследовательской группы из Университета Принстона разработала методику, позволяющую моделировать взаимодействие пластин между собой. С помощью нее они предсказали отталкивающее взаимодействие за счет силы Казимира при использовании пластин специальной формы. Методом литографии из на кремниевой пластине создали механизм в форме двух «расчесок» в которых зубья имели Т-образную форму. При сближении пластин сила Казимира начинает притягивать их друг к другу, а затем падает до нуля в положении, при котором Т-образные части находятся максимально близко. Если продолжить продвигать одну пластину внутрь другой сила Казимира начинает оказывать обратный эффект, сопротивляясь сближению пластин. Чтобы измерить эту силу, ученые использовали следующий метод: на неподвижную часть подавали напряжение, что заставляло ее колебаться. Подвижную часть с помощью подачи тока приближали к неподвижной. По изменениям колебаний, которые регистрировались с помощью сканирующего электронного микроскопа, ученые вычисляли силу отталкивания.

Ученые надеются, что их метод может быть использован в микроэлектромеханических системах, а улучшение качества пластин поможет получить наиболее точные измерения силы Казимира.

В 2011 году читатели журнала Nature назвали экспериментальное подтверждение динамического эффекта Казимира главной новостью года.

Григорий Копиев