Резьба по кремнию: Оживающий Казимир
Как мы знаем сегодня, вакуум не бывает абсолютно пуст: в нем постоянно рождаются и исчезают частицы и античастицы. Представим, что в такой вакуум помещены параллельные поверхности, размещенные на очень близком расстоянии. Тогда между ними соответствующие частицам волны, имеющие определенную длину, резонансную расстоянию между пластинами, будут усиливаться, тогда как все прочие — подавляться. В итоге давление частиц извне пластин, где число частиц ничем не ограничивается, будет выше, чем давление изнутри пластин, где оно частично ограничено. Пластины начнут притягиваться — буквально «из-за ничего».
Этот эффект Казимира был предсказан еще в середине прошлого века, а впоследствии и продемонстрирован экспериментально. Ученые с интересом присматриваются к нему: в наномасштабах его сила может быть весьма значительной, что может оказаться крайне полезной для «квантовых машин» будущего. Тем более что при должных обстоятельствах — особым образом спроектированных форм параллельных пластин — он легко меняет знак с притягивающего на отталкивающий.
Увы, практически использовать эффект пока не получается хотя бы в силу чрезвычайно малого расстояния, на котором надо расположить пластины. Непросто уже получить достаточно ровные поверхности, а уж расположить их строго параллельно, на расстоянии, скажем, несколько нанометров — тем более. Ведь при этом пластины должны оставаться строго плоскими, а, как мы все знаем на примерах из макромира, тонкие пластины всегда имеют тенденцию изгибаться и колебаться.
Однако недавно американские ученые сообщили о создании первого полноценного микроустройства, позволяющего легко и оперативно проводить измерения силы Казимира. Оно представляет собой комбинацию неподвижной и подвижной кремниевых пластин, вырезанных из единого микрочипа литографией и соединенных электромагнитным актюатором.
Расстояние между пластинами измеряется с помощью сканирующего электронного микроскопа, а приложение к актюатору небольшого тока позволяет смещать подвижную пластину поближе к неподвижной, добиваясь нужных расстояний. Тончайшие пластины при этом колеблются, и частоту этих колебаний также легко измерить — она будет зависеть от сил, действующих на пластины. В том числе — и от сил Казимира, которые можно, таким образом, наглядно и просто зафиксировать.
Теоретически, такой же подход может найти применение и для получения других устройств, использующих эффект Казимира. Так что вместо чисто отрицательного влияния, которое этот эффект оказывает на работу современной микроэлектроники, электроника будущего сможет рано или поздно поставить его себе на службу.
По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog