نیروهای کوانتومی برای مونتاژ خودکار دستگاه های کوچک استفاده می شوند

دستگاه های کوچک طلایی برای کنترل نور با استفاده از اثرات کوانتومی عجیبی ساخته شده اند که در فضای به ظاهر خالی پنهان می شوند.

در سال 1948، فیزیکدان هندریک کازیمیر این نظریه را مطرح کرد که برخی از اجسام به دلیل سوسو زدن های نامحسوس میدان های کوانتومی در شکاف بین آنها، هنگامی که در فضا به یکدیگر نزدیک می شوند، جاذبه بسیار ضعیفی را تجربه می کنند. از آن زمان محققان این اثر کازمیر را در آزمایشگاه تایید کردند. Betül Küçüköz از دانشگاه صنعتی چالمرز در سوئد و همکارانش اکنون راهی برای مفید کردن آن یافته اند.

آنها می خواستند با استفاده از دو تکه طلا که به موازات یکدیگر قرار گرفته اند، یک حفره به دام انداختن نور بسازند، که نور بین آنها به جلو و عقب منعکس می شود و قادر به فرار نیست. ابتدا آنها انتهای پایینی حفره را با حک کردن یک پوسته طلای مثلثی به اندازه 4 تا 10 میکرون بر روی یک تکه شیشه کوچک ایجاد کردند. انتهای بالایی حفره نیز شامل یک پوسته طلای مثلثی بود، اما محققان به جای اینکه آن را با ابزاری در جای خود نگه دارند، پوسته طلای شیشه ای را در محلولی از آب نمک حاوی تکه های طلای مثلثی اضافی غوطه ور کردند، سپس نیروهایی را که به وجود آمدند. به طور طبیعی کار را به جای آن انجام دهید.

یکی از این نیروها نیروی الکترواستاتیک ناشی از بارهای الکتریکی مرتبط با نمک محلول بود. دیگری اثر کازیمیر بود. کوچوکوز می گوید که بسیاری از این آزمایش را زیر میکروسکوپ تماشا کرده و همیشه می تواند اثر کازیمیر را در عمل ببیند. باعث شد یکی از تکه های طلای شناور آزاد به سمت قطعه ای که روی شیشه حک شده بود حرکت کند و سپس آن را در بالای پوسته حک شده بچرخاند تا جایی که ردپای مثلثی دو پوسته با هم مطابقت داشته باشد.

این کار مونتاژ حفره را تکمیل کرد که سپس نور را به دام انداخت. کوچوکوز می گوید که محققان کنترل زیادی بر فرآیند تشکیل حفره داشتند. به عنوان مثال، با استفاده از غلظت‌های مختلف نمک، آنها می‌توانند قدرت نیروی الکترواستاتیک را برای ایجاد حفره‌هایی با ابعاد کمی متفاوت، با فواصل بین ورقه‌ها بین 100 تا 200 نانومتر، تنظیم کنند که هر کدام می‌توانند نوری با رنگ متفاوت را به دام بیندازند.

رائول اسکویول-سیرونت از دانشگاه ملی خودمختار مکزیک می‌گوید ایده خودآرایی، که او آن را با انداختن مجموعه لگو در یک قابلمه مقایسه می‌کند و ساختاری بدون فشار دادن دستی هیچ قطعه‌ای به همدیگر ظاهر می‌شود، جدید نیست. اما او می‌گوید که آزمایش این تیم نسبت به تلاش‌های قبلی برای استفاده از اثر کازیمیر برای اهداف مشابه، دقیق‌تر و کنترل‌شده‌تر است. با این حال، اسکویول-سیرونت می‌گوید، با این حال، افکت کازمیر می‌تواند آنقدر ظریف باشد که این امکان وجود دارد که هنوز جلوه‌های کشف نشده دیگری در اینجا نیز وجود داشته باشد.

در ادامه، کوچوکوز و همکارانش می‌خواهند از حفره‌های خود به عنوان بخشی از آزمایش‌های پیچیده‌تر با نور استفاده کنند، از جمله آزمایش‌هایی که شامل قرار دادن اجسام در داخل حفره بین دو پوسته طلا است.