Onderzoekers van de Peter de Grote St. Petersburg Polytechnische Universiteit (SPbPU) hebben een nieuwe benadering voorgesteld om de interactie van metalen met elektromagnetische fluctuaties te beschrijven (d.w.z. met willekeurige uitbarstingen van elektrische en magnetische velden). De verkregen resultaten hebben toepassingen in zowel de fundamentele fysica, en voor het maken van nanodevices voor verschillende doeleinden. Het artikel is gepubliceerd in de Europees fysiek tijdschrift C .

De werking van micro-apparaten die in de moderne technologie worden gebruikt, wordt beïnvloed door de Casimir-kracht die wordt veroorzaakt door elektromagnetische fluctuaties. Dit is de aantrekkingskracht die werkt tussen twee oppervlakken in het vacuüm. Een dergelijke interactie tussen elektrisch neutrale lichamen die zich op een afstand van minder dan een micrometer bevinden, werd theoretisch beschreven in het midden van de 20e eeuw door academicus Evgeny Lifshitz. In sommige gevallen, echter, De theorie van Lifshitz was in tegenspraak met de experimentele resultaten. Een mysterieuze paradox werd ontdekt tijdens het nauwkeurig meten van de Casimir-krachten in nanodevices.

"De voorspellingen van de Lifshitz-theorie waren alleen in overeenstemming met de meetresultaten als de energieverliezen van geleidingselektronen in metalen niet in berekeningen werden meegenomen. Deze verliezen, echter, bestaan! Het is algemeen bekend dat elektrische stroom de draad enigszins verwarmt. In de literatuur, deze situatie wordt de Casimir-puzzel genoemd, " legt Galina Klimchitskaya uit, Professor van het Instituut voor Natuurkunde, Nanotechnologie en Telecommunicatie, SPbPU.

De wetenschappers van de Polytechnische Universiteit hielden tegelijkertijd rekening met de energieverliezen van elektronen in metalen en kwamen tot overeenstemming tussen de voorspellingen van de Lifshitz-theorie en zeer nauwkeurige metingen van de Casimir-kracht. Een nieuwe aanpak, het beschrijven van de interactie van metalen met elektromagnetische fluctuaties, houdt er rekening mee dat er twee soorten fluctuaties zijn:reële fluctuaties (vergelijkbaar met de waargenomen elektromagnetische velden), en zogenaamde virtuele fluctuaties die niet direct kunnen worden waargenomen (vergelijkbaar met de virtuele deeltjes die het kwantumvacuüm vormen).

"De voorgestelde benadering leidt tot ongeveer dezelfde bijdrage van reële fluctuaties aan de Casimir-kracht, als de veelgebruikte, maar verandert de bijdrage van virtuele fluctuaties aanzienlijk. Als resultaat, Lifshitz' theorie komt overeen met experiment, rekening houdend met de energieverliezen van elektronen in metalen, " zegt Vladimir Mostepanenko, Professor van het Instituut voor Natuurkunde, Nanotechnologie en Telecommunicatie, SPbPU.

De gepubliceerde resultaten hebben betrekking op niet-magnetische metalen. In de toekomst, onderzoekers zijn van plan de resultaten uit te breiden naar materialen met ferromagnetische eigenschappen. Dus, er zal een mogelijkheid zijn voor betrouwbare berekening en creatie van meer miniatuur nanodevices die worden bediend onder invloed van de Casimir-kracht.