211service.com
Ingenjörer avslöjar det första Casimir-chipset som utnyttjar vakuumenergin
En av de märkligaste effekterna som uppstår från universums kvantnatur är Casimir-kraften. Detta trycker ihop två parallella ledande plattor när de bara är några dussin nanometer från varandra.
På den här typen av skalor kan Casimir-styrkan dominera och ingenjörer är väl medvetna om dess oönskade effekter. En anledning till att mikroelektromekaniska maskiner aldrig har nått sitt ursprungliga löfte är den stridighet som Casimirs krafter kan generera.
Å andra sidan hoppas många ingenjörer kunna utnyttja Casimir-styrkan. Olika teoretiska modeller förutspår att kraften bör vara frånstötande mellan föremål av vissa former, ett fenomen som skulle kunna förhindra stickning.
Men det finns ett problem: Casimir kraftexperiment är extremt svåra att göra. En huvudvärk är att ingen har fulländat tekniken för att placera olika objekt exakt med en nanometerskala. En annan är att mikroskopiska föremål tenderar att böjas och böjas; alla korrugeringar på en plan yta kan dramatiskt förändra mängden Casimir-kraft mellan dem och till och med dess riktning. Det gör experimentella resultat svåra att tolka.
Idag tar Jie Zou vid University of Florida och några kompisar ett stort steg mot att förändra detta. De här killarna har skapat en enda enhet av kisel som kan mäta Casimir-kraften mellan ett par parallella kiselstrålar, den första enheten på chip som kan göra detta.
Anordningen består av en fast balk och en annan rörlig balk som är fäst vid ett elektromekaniskt ställdon. Teamet börjar med att mäta separationen mellan dem med hjälp av ett svepelektronmikroskop. De lägger sedan på en spänning till ställdonet, som trycker den rörliga balken mot den fasta balken.
Strålarna svänger med en naturlig frekvens, vilket Zou och co enkelt kan mäta. Denna frekvens beror dock på krafterna på balkarna. Så när strålarna rör sig närmare varandra och Casimir-krafterna ändras, ändras också oscillationsfrekvensen. Så här mäter Zou och co kraften.
Naturligtvis finns det andra krafter som spelar in här också, såsom kvarvarande elektrostatiska krafter. När Zou och co tar hänsyn till dessa, matchar deras resultat mer eller mindre exakt de teoretiska förutsägelserna för den Casimir-kraft som strålar av denna form borde generera.
Enheten löser ett antal problem. För det första, eftersom båda silikonstrålarna är gjorda i samma litografiska steg, är oönskade förvrängningar inte ett betydande problem. Och positioneringen är också lättare att kontrollera eftersom balkarna och ställdonet alla är en del av samma enhet och därför behöver mycket mindre kalibrering och inriktning. Slutligen finns det själva mätningarna som är enklare att göra på ett enda chip än i tidigare experiment.
Allt detta ger ett betydande steg framåt. Vad dessa killar har byggt är den första on-chip-maskinen som utnyttjar Casimir-kraften som genereras av en specifik geometrisk konfiguration.
Det stora löftet med allt detta är att även andra former ska vara möjliga att tillverka. Detta schema öppnar möjligheten att skräddarsy Casimir-styrkan med hjälp av litografiskt definierade komponenter av icke-konventionella former, säger Zou och co.
Så istället för att hindras av okontrollerbara Casimir-krafter, borde nästa generation av mikroelektromekaniska enheter kunna utnyttja dem, kanske för att göra stickfria lager, fjädrar och till och med ställdon.
Spännande tider för mikro- och nanomaskiner.
Ref: arxiv.org/abs/1207.6163 : Geometriberoende Casimir Forces On A Silicon Chip