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La fuerza repulsiva podría eliminar la nanofricción
Cuando dos objetos están tan juntos que la distancia entre ellos es aproximadamente del mismo tamaño que las fluctuaciones cuánticas llamadas partículas virtuales, se unen. Este efecto, causado por la fuerza de Casimir, no es algo de lo que la humanidad haya tenido que preocuparse hasta hace poco. Pero a medida que los investigadores desarrollan dispositivos nanomecánicos para comunicaciones y computación, la llamada stiction ha surgido como un obstáculo potencial que podría, por ejemplo, limitar la densidad de los chips de memoria. Pero hay una otra cara de la fuerza de Casimir que podría habilitar, en lugar de obstaculizar, los nano dispositivos. Hendrik Casimir, quien describió su fuerza epónima en 1948, y Evgeny Lifshitz, quien expandió su trabajo, predijeron que a distancias un poco mayores, esta fuerza debería volverse repulsiva. Ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard y los Institutos Nacionales de Salud han visto esta fuerza repulsiva en el laboratorio por primera vez.
En esta ilustración de la fuerza de Casimir, una pequeña esfera de oro y una placa experimentan adherencia (derecha). Pero con la combinación correcta de materiales, como a la izquierda, donde una esfera de oro se empareja con una placa de sílice, la fuerza de Casimir se invierte y se vuelve repulsiva. Los dispositivos a nanoescala del futuro podrían aprovechar este efecto. Crédito: U. Christensen
Los investigadores invirtieron la fuerza de Casimir mediante la elección de materiales. Resulta que si la fuerza es atractiva o repulsiva depende de las permitividades dieléctricas relativas de las dos superficies y del medio que se encuentra entre ellas. (La permitividad dieléctrica es una propiedad del material que describe cómo un material interactúa con los campos eléctricos). Cuando los investigadores juntaron una esfera recubierta de oro de unos 40 micrómetros de diámetro y una placa de sílice, ambas sumergidas en el bromobenceno líquido, midieron un Casimir repulsivo fuerza. La esfera de oro se adjuntó a un microscopio de fuerza atómica, que se utilizó para detectar esta repulsión. Estos resultados se describen en la revista Naturaleza .
Estos resultados sugieren que debería ser posible crear dispositivos nanomecánicos sin fricción y sin fricción basados en lo que los investigadores llaman levitación cuántica. Todavía no está claro qué aplicaciones se encontrarán para la levitación cuántica, pero según un comunicado de prensa de Harvard, los investigadores han presentado una patente estadounidense que cubre los dispositivos nano basados en el fenómeno. Piense en rodamientos de bolas sin fricción y detectores químicos ultrasensibles.
Los investigadores de Harvard fueron dirigidos por Federico Capasso , físico que desarrolló el primer láser de cascada cuántica en Bell Labs a mediados de la década de 1990. También ha aparecido en nuestra sección de 10 tecnologías emergentes en 2007 por su trabajo en antenas ópticas.