Pierwszy chip Casimira mierzący energię próżni

Siła Casimira - odkryta w 1948 roku przez holenderskiego fizyka o tym właśnie nazwisku jest jednym z dziwniejszych efektów kwantowych. Polega ona na wzajemnym przyciąganiu dwóch nienaładowanych elektrycznie płytek w próżni - co spowodowane jest oddziaływaniem ciśnienia tworzonego przez tzw. cząstki wirtualne. Teraz stworzono pierwszy krzemowy układ wykorzystujący te siłę.

Efekt Casimira występuje w nano-skali - tak jak większość efektów kwantowych. Płyty muszą być od siebie oddalone o kilka nanometrów, a wtedy udaje się pomiędzy nimi uchwycić kilka cząstek wirtualnych - czyli takich, które pojawiają się i znikają w próżni dzięki fluktuacjom kwantowym.

W naprawdę małej skali ta siła potrafi dość mocno oddziaływać na obiekty, dlatego też na przykład mikromechaniczne urządzenia nie osiągają nigdy zakładanej sprawności. Z drugiej strony wielu inżynierów chce ją wykorzystać do swoich celów. Jest jednak pewien problem - gdyż eksperymenty dotyczące efektu Casimira bardzo ciężko wykonać.

Nikomu do tej pory nie udało się stworzyć technologii umożliwiającej ułożenie dwóch obiektów obok siebie z dokładnością do nanometra. Dodatkowo tak niewielkie ciała wykazują tendencję do wyginania się - a każda zmiana kształtu może drastycznie zmienić siłę efektu Casimira, a nawet jego kierunek.

Teraz naukowcom z Uniwersytetu Florydy udało się stworzyć pierwszy chip, który jest w stanie mierzyć tę siłę pomiędzy dwoma, umieszczonymi równolegle krzemowymi belkami. Jedna z nich jest przymocowana na stałe, podczas gdy druga porusza się i jest przyczepiona do siłownika elektromechanicznego. Następnie mierzy się między nimi odległość przy wykorzystaniu skaningowego mikroskopu elektronowego oraz dostarcza prąd do siłownika - przez co belka ruchoma zbliża się do nieruchomej.

Oscylują one z naturalną częstotliwością, którą da się łatwo zmierzyć - jednak częstotliwość ta zależy od sił oddziałujących na belki. Dlatego gdy się one do siebie zbliżają lub się od siebie oddalają - zmienia się siła Casimira - przez co zmienia się także ta częstotliwość.

W ten sposób da się ją teraz bez problemu zbadać.

Urządzenie to rozwiązuje wszystkie dotychczasowe problemy - belki są wykonane w jednym procesie - dlatego nie są odkształcone i jako, że są one częścią jednego urządzenia nie trzeba ich kalibrować.

Jest to duży postęp dla nanotechnologii - gdyż kolejna generacja maszyn wykonanych w takiej skali będzie być może nie tylko mogła ignorować siłę Casimira, lecz także ją wykorzystywać.

Źródło: