211service.com
WD-40 för mikromaskiner
I de små enheternas tidsålder har Casimirs styrkor dykt upp som bråkstakare. Dessa komplicerade kvantkrafter upptäcktes 1948 och påverkar endast föremål som är väldigt, väldigt nära varandra. Och i mikromaskiner som accelerometrarna i iPhone eller mikrospeglarna i digitala projektorer kan Casimir-krafter få små rörliga delar att hålla ihop.
kraften är med dem : Med detta arrangemang av små föremål blir de vanligtvis attraktiva Casimir-krafterna frånstötande.
MIT-forskare har utvecklat ett kraftfullt nytt verktyg för att beräkna effekterna av dessa krafter. Med den har de hittat ett sätt att ordna små föremål så att de vanligtvis attraktiva krafterna blir frånstötande. Om ingenjörer kan designa mikroelektromekaniska system (MEMS) så att Casimir-krafterna faktiskt förhindrar deras rörliga delar från att klibba ihop, kan det sänka felfrekvensen för befintliga MEMS och nya, såsom små mikrofluidiska enheter som kan utföra hundratals kemiska experiment parallellt .
Den här historien var en del av vårt julinummer 2010
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Casimir-krafter orsakas förresten, i den kvantmekaniska synen av universum blinkar subatomära partiklar ständigt in och ut ur existensen. Det finns så många av dessa partiklar, som kanske bara varar några sextiljondelar av en sekund, att krafterna de utövar i allmänhet balanserar varandra. Men när föremål är väldigt nära varandra – som de måste vara i mikromaskiner – finns det lite utrymme för partiklar att blixtrar till mellan dem. Följaktligen finns det färre transienta partiklar mellan dem för att kompensera de krafter som utövas av de transienta partiklarna runt dem. Skillnaden i tryck slutar med att föremålen trycks mot varandra.
På 1960-talet utvecklade fysiker matematiska ekvationer som i princip beskriver effekterna av Casimir-krafter på hur många små föremål som helst av vilken form som helst. Men i de flesta fall förblev dessa ekvationer oöverkomligt svåra att lösa.
Docent i tillämpad matematik Steven Johnson, fysikdoktoranderna Alexander McCauley och Alejandro Rodriguez '07 och fysikprofessorn John Joannopoulos har matematiskt visat att effekterna av Casimir-krafter på objekt 100 nanometer ifrån varandra kan modelleras exakt med hjälp av objekt 100 000 gånger så stora och 1000000 gånger så stora. gånger så långt ifrån varandra, nedsänkt i en vätska som leder elektricitet. Istället för att beräkna krafterna som utövas av små partiklar som börjar bli till runt små föremål, beräknar forskarna styrkan hos ett elektromagnetiskt fält på olika punkter runt objekt i centimeterskala.
För föremål med udda former är det fortfarande ganska komplicerat att beräkna elektromagnetisk fältstyrka i en ledande vätska. Men det är ytterst möjligt att använda avancerad mjukvara. Nästan vilken geometri du kan tänka dig har inte beräknats, säger Rodriguez. Med MIT-forskarnas nya tillvägagångssätt är det på väg att förändras.