中國科大在卡斯米爾效應的磁場調(diào)控研究中有進展
近日，中國科學技術大學教授曾長淦、副研究員張匯研究團隊在磁場調(diào)控卡斯米爾力研究方面取得重要進展。該團隊以磁流體為中間介質(zhì)，成功實現(xiàn)了磁場調(diào)控下卡斯米爾（Casimir）吸引力到排斥力的可逆轉變。5月24日，相關研究成果在線發(fā)表于《自然-物理學》。
卡斯米爾效應是荷蘭物理學家亨德里克·卡斯米爾于1948年預言的一種現(xiàn)象，即在真空中兩片電中性金屬板在亞微米尺度上會因量子漲落而通常出現(xiàn)吸引力。除了量子力學基礎研究的價值，卡斯米爾效應還受到工業(yè)界的關注，因為卡斯米爾力對微機電系統(tǒng)器件影響很大。人們希望實現(xiàn)對卡斯米爾力的調(diào)控，特別是實現(xiàn)卡斯米爾力從吸引力到排斥力的外場調(diào)控。根據(jù)Lifshitz理論，卡斯米爾力受材料介電函數(shù)和磁導率影響，而之前的研究主要關注材料的介電函數(shù)設計，而大多數(shù)材料的介電函數(shù)對外場不敏感，使得外場調(diào)節(jié)卡斯米爾力一直是一個巨大挑戰(zhàn)。
研究團隊把目光轉向材料的磁導率調(diào)控。他們發(fā)現(xiàn)，磁流體的磁導率可以被磁場所顯著調(diào)節(jié)。經(jīng)研究團隊的巧妙設計，選擇以磁流體作為中間介質(zhì)來研究金球和二氧化硅襯底之間的卡斯米爾效應。通過計算與實驗相結合，他們發(fā)現(xiàn)可以在很大的參數(shù)空間（磁場大小、金球與襯底距離、磁流體體積分數(shù)）范圍調(diào)節(jié)卡斯米爾力，特別是實現(xiàn)了磁場調(diào)控的卡斯米爾吸引力到排斥力的可逆轉變。
在這一工作中，研究團隊克服了種種困難，開發(fā)了一種適用于非透明液體中卡斯米爾力測量的特殊懸臂梁裝置。研究人員介紹，此次發(fā)現(xiàn)將推動量子漲落效應調(diào)控的深入研究和可能應用，為未來發(fā)展基于可調(diào)控卡斯米爾效應的微機電系統(tǒng)器件提供了新思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-024-02521-0
