Repulsiv kraft kan eliminera nanofriktion

När två objekt är så nära varandra att avståndet mellan dem är ungefär lika stort som kvantfluktuationer som kallas virtuella partiklar, dras de ihop. Denna effekt, orsakad av Casimir-styrkan, är inget som mänskligheten har behövt oroa sig för tills nyligen. Men när forskare utvecklar nanomekaniska enheter för kommunikation och beräkningar har så kallad stiction dykt upp som en potentiell stötesten som till exempel kan begränsa tätheten av minneschips. Men det finns en baksida med Casimir-kraften som kan möjliggöra, snarare än hindra, nanoenheter. Hendrik Casimir, som beskrev sin eponyma kraft 1948, och Evgeny Lifshitz, som utökade sitt arbete, förutspådde att på lite större avstånd skulle denna kraft bli frånstötande. Nu har forskare vid Harvard University och National Institutes of Health sett denna frånstötande kraft i labbet för första gången.

I den här illustrationen av Casimir-styrkan upplever en liten guldsfär och en tallrik stick (höger). Men med rätt kombination av material, som till vänster, där en guldsfär paras ihop med en kiselplatta, vänder Casimir-kraften och blir frånstötande. Framtida enheter i nanoskala kan dra fördel av denna effekt. Kredit: U. Christensen

Forskarna vände om Casimir-kraften genom sitt val av material. Huruvida kraften är attraktiv eller frånstötande, visar det sig, beror på de relativa dielektriska permittiviteterna för de två ytorna och för mediet som ligger mellan dem. (Dielektrisk permittivitet är en materialegenskap som beskriver hur ett material interagerar med elektriska fält.) När forskarna förde samman en guldbelagd sfär med en diameter på cirka 40 mikrometer och en kiselplatta, båda nedsänkta i den flytande brombensenen, mätte de en repulsiv Casimir tvinga. Guldsfären var fäst vid ett atomkraftsmikroskop, som användes för att upptäcka denna repulsion. Dessa resultat beskrivs i tidskriften Natur .

Dessa resultat tyder på att det borde vara möjligt att skapa friktionsfria, friktionsfria nanomekaniska enheter baserat på vad forskarna kallar kvantlevitation. Det är ännu inte klart vilka applikationer som kommer att hittas för kvantlevitation, men enligt ett pressmeddelande från Harvard har forskarna lämnat in ett amerikanskt patent som täcker nanoenheter baserat på fenomenet. Tänk friktionsfria kullager och ultrakänsliga kemikaliedetektorer.

Harvardforskarna leddes av Federico Capasso , en fysiker som utvecklade den första kvantkaskadlasern vid Bell Labs i mitten av 1990-talet. Han har också varit med i vår 10 Emerging Technologies-sektion 2007 för sitt arbete med optiska antenner.

Dölj