Nieuwe berekeningen laten zien dat de invloed van kwantumeffecten op de bedrijfsomstandigheden van nanodevices, tot nu, overschat geweest.

Micro- en nano-elektromechanische apparaten, aangeduid als MEMS en NEMS, zijn alomtegenwoordig. Deze nanoschaalmachines met beweegbare delen worden gebruikt, bijvoorbeeld, om de airbags van auto's te activeren na een schok. Ze zijn ook te vinden in smartphones, waardoor ze kunnen detecteren hoe ze het scherm adequaat kunnen weergeven voor de kijker.

Het probleem is dat, naarmate ze kleiner worden, krachten die typisch op kwantumniveau worden ervaren, beginnen ertoe te doen in deze nano-apparaten. Mexicaanse natuurkundigen hebben de mechanische en elektrische stabiliteit van MEMS en NEMS bestudeerd, afhankelijk van de plaatdikte en de aard van het gebruikte materiaal. De resultaten zijn nu gepubliceerd in EPJ B door Raul Esquivel-Sirvent en Rafael Perez-Pascual van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico, in Mexico-Stad.

Krachten van kwantumoorsprong worden belangrijk op de schaal van deze apparaten krimpt; dit geldt met name voor de zogenaamde Casimir-kracht. Deze kracht leidt tot van der Waals-interacties, die de som van alle intramoleculaire interacties vertegenwoordigen. Deze omvatten aantrekkingen en afstotingen tussen atomen, moleculen, en oppervlakken, evenals andere intermoleculaire krachten, en worden veroorzaakt door correlaties in de fluctuerende polarisaties van nabijgelegen deeltjes.

Om de stabiliteit van nanodevices te onderzoeken, Esquivel-Sirvent en zijn collega gebruikten de klassieke berekening van de Casimir-kracht, aangeduid als de Lifshitz-formule, gecombineerd met de theorie van stabiliteit van micro- en nanoschaalmachines.

In dit onderzoek, de auteurs laten zien dat eerdere werken de bedrijfsomstandigheden van de apparaten overschatten door geen rekening te houden met dit Casimir/van der Waals-effect.

In aanvulling, ze tonen aan dat de stabiliteit van deze apparaten onder de Casimir-kracht verandert afhankelijk van de aard en dikte van de gebruikte metalen coatings. Het hangt ook af van de variatie van de concentratie van de vrije ladingen in het gebruikte silicium, die verandert met dopingniveaus.