211service.com
Inženieri atklāj pirmo Kazimira mikroshēmu, kas izmanto vakuuma enerģiju
Viena no dīvainākajām sekām, kas rodas no Visuma kvantu dabas, ir Kazimira spēks. Tas saspiež divas paralēlas vadošās plāksnes, kad tās atrodas tikai dažu desmitu nanometru attālumā viena no otras.
Šādos mērogos Kazimira spēks var dominēt, un inženieri labi apzinās tā nevēlamo ietekmi. Viens no iemesliem, kāpēc mikroelektromehāniskās mašīnas nekad nav sasniegušas savu sākotnējo solījumu, ir Kazimira spēku radītā izturība.
No otras puses, daudzi inženieri cer izmantot Kazimira spēkus. Dažādi teorētiskie modeļi paredz, ka spēkam jābūt atgrūdošam starp noteiktas formas objektiem, kas varētu novērst saķeri.
Bet ir problēma: Kazimira spēka eksperimentus ir ārkārtīgi grūti veikt. Viena no galvassāpēm ir tāda, ka neviens nav pilnveidojis tehnoloģiju, lai precīzi novietotu dažādus objektus ar nanometru skalas atstarpi. Vēl viens ir tas, ka mikroskopiski objekti mēdz deformēties un saliekties; jebkurš rievojums uz līdzenas virsmas var krasi mainīt Kazimira spēka daudzumu starp tām un pat tā virzienu. Tas padara eksperimentālos rezultātus grūti interpretējamus.
Šodien Jie Zou no Floridas universitātes un daži draugi sper lielu soli, lai to mainītu. Šie puiši ir izgrebuši vienu ierīci no silīcija, kas spēj izmērīt Kazimira spēku starp paralēlu silīcija staru pāri, kas ir pirmā mikroshēmas ierīce, kas spēj to izdarīt.
Ierīce sastāv no viena fiksēta stara un otra kustīga, kas piestiprināta pie elektromehāniskā izpildmehānisma. Komanda sāk, mērot attālumu starp tiem, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu. Pēc tam tie pieliek spriegumu izpildmehānismam, kas virza kustīgo staru uz fiksēto staru kūli.
Stari svārstās dabiskā frekvencē, ko Zou un co var viegli izmērīt. Tomēr šī frekvence ir atkarīga no spēkiem uz sijām. Tātad, stariem tuvojoties vienam otram un mainoties Kazimira spēkiem, mainās arī svārstību frekvence. Šādi Zou un co mēra spēku.
Protams, šeit ir arī citi spēki, piemēram, atlikušie elektrostatiskie spēki. Kad Zou un co tos ņem vērā, viņu rezultāti vairāk vai mazāk precīzi atbilst teorētiskajām prognozēm par Kazimira spēku, ko vajadzētu radīt šādas formas stariem.
Ierīce atrisina vairākas problēmas. Pirmkārt, tā kā abas silīcija sijas ir izgatavotas vienā litogrāfijas posmā, nevēlami kropļojumi nav būtiska problēma. Arī pozicionēšana ir vieglāk vadāma, jo sijas un izpildmehānisms ir vienas un tās pašas ierīces daļa, un tāpēc tiem ir nepieciešams daudz mazāk kalibrēšanas un izlīdzināšanas. Visbeidzot, ir arī paši mērījumi, kurus ir vieglāk veikt vienā mikroshēmā nekā iepriekšējos eksperimentos.
Tas viss kopā veido nozīmīgu soli uz priekšu. Tas, ko šie puiši ir uzbūvējuši, ir pirmā mikroshēmas iekārta, kas izmanto Kazimira spēku, ko rada noteikta ģeometriskā konfigurācija.
Lielais solījums tam ir tas, ka būs iespējams ražot arī citas formas. Šī shēma paver iespēju pielāgot Kazimira spēku, izmantojot litogrāfiski definētas nekonvencionālu formu sastāvdaļas, saka Zou un co.
Tā vietā, lai tos kavētu nekontrolējamie Kazimira spēki, nākamās paaudzes mikroelektromehāniskajām ierīcēm vajadzētu spēt tās izmantot, iespējams, izgatavot gultņus, atsperes un pat izpildmehānismus.
Aizraujoši laiki mikro un nano mašīnām.
Atsauce: arxiv.org/abs/1207.6163 : No ģeometrijas atkarīgie Kazimira spēki uz silīcija mikroshēmas