世界

外部磁場を用いてカシミール力を可逆的に制御する方法

量子ゆらぎによって誘発されるカシミール力の磁場調整。クレジット: Zhang et al. いわゆるカシミール力またはカシミール効果は、短い距離にある 2 つの導体または誘電体表面間の電磁場の変動から生じる量子力学的現象です。研究により、この力は、実験で使用される材料の誘電特性と磁気特性に応じて、引力または反発力になる可能性があることがわかっています。 中国科学技術大学の研究者らは最近、外部磁場を使ってカシミール力を選択的に調整する可能性、つまり引力から斥力へ、またその逆に切り替える可能性を研究している。 自然物理学は、水ベースの強磁性流体に浸された金球とシリカ板から生じるカシミール力の磁場調整に成功したことを示しています。 「私の研究分野は凝縮物質物理学ですが、量子ゆらぎやそれが誘発する効果などの基礎物理学にも強い関心を持っています」と論文の責任著者であるチャンガン・ゼン氏はPhys.orgに語った。 「過去20年間、私はカシミール力の分野の発展を注意深く見てきましたが、特にマンデーらの論文に感銘を受けました。 自然カシミール力は一般的に引力であるため、マイクロエレクトロメカニカルシステム (MEMS) などのアプリケーションでは課題となります。論文では、関係する材料の誘電率を慎重に選択することで、反発力のあるカシミール力を実現する優れた実験を考案しました。 2009 年に発表されたこの以前の論文に触発され、ゼン氏は磁場を適用してカシミール力を可逆的に制御することを目指してさらなる研究を進め始めました。彼の望みは、カシミール効果を調節する信頼性の高い方法を考案し、研究と技術開発の両方に新たな道を開くことでした。 「当初、FET デバイスのコンセプトにヒントを得て、電界を印加してカシミール力を制御することを検討しました」と Zeng 氏は説明します。「カシミール力は関連する材料の誘電率に依存することはよく知られていますが、これらの誘電率は一般に外部電界の影響を受けません。一方、リフシッツ理論によれば、カシミール力は材料の透磁率にも依存します。」 多くの磁性材料、特に強磁性流体の透磁率は、外部磁場を加えることによって調整できます。そこで、Zeng 氏と彼の学生たちは、水ベースの強磁性流体を使用して、金球とシリカ板の間のカシミール力を調整できるようにしました。 「私はこのプロジェクトを大学院生たちに提案したが、誰も引き受けようとしなかった」とゼン氏は言う。「最終的に、私は才能ある学部生たちにこのプロジェクトを引き受けるよう説得し、成功した。」 ゼン氏と彼の学生たちはまず一連の理論計算を行った。これらの計算は、外部磁場、2 つの物質サンプル間の距離、および使用した強磁性流体の体積を調整するだけで、カシミール力を引き付ける力から反発する力に切り替えることができることを示唆した。 その後、研究者たちは予測を検証するために設計された実験を実施しました。強磁性流体内の測定値を収集できるカンチレバーを使用して、実施した変更がカシミール効果にどのような影響を与えるかを観察しました。 この最近の研究の成果は、外部磁場を使用してカシミール効果を効果的に調整するためのさらなる取り組みへの道を開く可能性があります。これらの研究を総合すると、カシミール力を活用する新しい切り替え可能なマイクロメカニカルデバイスの開発が可能になります。 「磁場を使ってカシミール力を引力から斥力に可逆的に調整することに成功し、調整可能なカシミール効果に基づく切り替え可能なマイクロメカニカルデバイスの開発への道が開かれました」とゼン氏は付け加えた。「次の研究では、光を使ってカシミール力を制御する予定です。例えば、金属板のプラズモンは光で励起することができ、カシミール力を効果的に変えることができるはずです。」 詳しくは： Yichi Zhang et al、カシミール力の磁場調整、 自然物理学 （2024年）。 掲載日: 10.1038/s41567-024-02521-0 ©…
お問い合わせ・広告・著作権・不具合に関するご連絡は [email protected] までメールでお願いします。