211service.com
Afstotende kracht kan nanofrictie elimineren
Wanneer twee objecten zo dicht bij elkaar staan dat de afstand tussen hen ongeveer even groot is als kwantumfluctuaties die virtuele deeltjes worden genoemd, worden ze samengetrokken. Dit effect, veroorzaakt door de Casimir-kracht, is iets waar de mensheid zich tot voor kort geen zorgen over hoefde te maken. Maar terwijl onderzoekers nanomechanische apparaten voor communicatie en berekeningen ontwikkelen, is de zogenaamde stictie naar voren gekomen als een potentieel struikelblok dat bijvoorbeeld de dichtheid van geheugenchips zou kunnen beperken. Maar er is een keerzijde aan de Casimir-kracht die nano-apparaten mogelijk maakt in plaats van hindert. Hendrik Casimir, die zijn gelijknamige kracht in 1948 beschreef, en Evgeny Lifshitz, die zijn werk uitbreidde, voorspelden dat deze kracht op iets grotere afstanden afstotend zou worden. Nu hebben onderzoekers van Harvard University en de National Institutes of Health deze afstotende kracht voor het eerst in het laboratorium gezien.
In deze illustratie van de Casimir-kracht ervaren een kleine gouden bol en plaat stiction (rechts). Maar met de juiste combinatie van materialen, zoals links, waar een gouden bol is gekoppeld aan een silicaplaat, keert de Casimir-kracht om en wordt weerzinwekkend. Toekomstige apparaten op nanoschaal kunnen van dit effect profiteren. Krediet: U. Christensen
De onderzoekers keerden de Casimir-kracht om door hun materiaalkeuze. Of de kracht aantrekkelijk of afstotend is, zo blijkt, hangt af van de relatieve diëlektrische permittiviteiten van de twee oppervlakken en van het medium dat ertussen ligt. (Diëlektrische permittiviteit is een materiaaleigenschap die beschrijft hoe een materiaal interageert met elektrische velden.) Toen de onderzoekers een met goud beklede bol van ongeveer 40 micrometer in diameter en een silicaplaat samenbrachten, beide ondergedompeld in de vloeibare broombenzeen, maten ze een weerzinwekkende Casimir kracht. De gouden bol was bevestigd aan een atoomkrachtmicroscoop, die werd gebruikt om deze afstoting te detecteren. Deze resultaten worden beschreven in het tijdschrift Natuur .
Deze resultaten suggereren dat het mogelijk moet zijn om stictieloze, wrijvingsvrije nanomechanische apparaten te maken op basis van wat de onderzoekers kwantumlevitatie noemen. Het is nog niet duidelijk welke toepassingen zullen worden gevonden voor kwantumlevitatie, maar volgens een persbericht van Harvard hebben de onderzoekers een Amerikaans patent ingediend voor nano-apparaten op basis van het fenomeen. Denk aan wrijvingsvrije kogellagers en ultragevoelige chemische detectoren.
De Harvard-onderzoekers werden geleid door: Federico Capasso , een natuurkundige die halverwege de jaren negentig de eerste kwantumcascadelaser ontwikkelde in Bell Labs. Hij was in 2007 ook te zien in onze sectie 10 opkomende technologieën voor zijn werk aan optische antennes.