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Los ingenieros presentan el primer chip Casimir que aprovecha la energía del vacío
Uno de los efectos más extraños que surgen de la naturaleza cuántica del universo es la fuerza de Casimir. Esto empuja dos placas conductoras paralelas juntas cuando están separadas por unas pocas docenas de nanómetros.
En este tipo de escalas, la fuerza de Casimir puede dominar y los ingenieros son muy conscientes de sus efectos no deseados. Una de las razones por las que las máquinas microelectromecánicas nunca han alcanzado su promesa original es la fricción que pueden generar las fuerzas de Casimir.
Por otro lado, muchos ingenieros esperan explotar la fuerza de Casimir. Varios modelos teóricos predicen que la fuerza debería ser repulsiva entre objetos de determinadas formas, fenómeno que podría evitar la fricción.
Pero hay un problema: los experimentos con la fuerza de Casimir son extremadamente difíciles de hacer. Un dolor de cabeza es que nadie ha perfeccionado la tecnología para colocar diferentes objetos con precisión con un espacio de escala nanométrica. Otra es que los objetos microscópicos tienden a deformarse y doblarse; cualquier ondulación en una superficie plana puede cambiar drásticamente la cantidad de fuerza de Casimir entre ellas e incluso su dirección. Eso hace que los resultados experimentales sean difíciles de interpretar.
Hoy, Jie Zou de la Universidad de Florida y algunos amigos dan un gran paso para cambiar esto. Estos muchachos han tallado un solo dispositivo de silicio que es capaz de medir la fuerza de Casimir entre un par de haces de silicio paralelos, el primer dispositivo en chip capaz de hacer esto.
El dispositivo consta de una viga fija y otra móvil acoplada a un actuador electromecánico. El equipo comienza midiendo la separación entre ellos utilizando un microscopio electrónico de barrido. Luego aplican un voltaje al actuador, que empuja la viga móvil hacia la viga fija.
Los rayos oscilan a una frecuencia natural, que Zou y compañía pueden medir fácilmente. Sin embargo, esta frecuencia depende de las fuerzas sobre las vigas. Entonces, a medida que los rayos se acercan y las fuerzas de Casimir cambian, también lo hace la frecuencia de oscilación. Así es como Zou y co miden la fuerza.
Por supuesto, también hay otras fuerzas en juego, como las fuerzas electrostáticas residuales. Cuando Zou y compañía los tienen en cuenta, sus resultados coinciden más o menos exactamente con las predicciones teóricas de la fuerza de Casimir que deberían generar los haces de esta forma.
El dispositivo resuelve varios problemas. Primero, debido a que ambos haces de silicio se hacen en el mismo paso litográfico, las distorsiones no deseadas no son un problema significativo. Y el posicionamiento también es más fácil de controlar, ya que las vigas y el actuador son parte del mismo dispositivo y, por lo tanto, necesitan mucha menos calibración y alineación. Finalmente, están las medidas en sí mismas que son más sencillas de hacer en un solo chip que en experimentos anteriores.
Todo esto se suma a un importante paso adelante. Lo que estos chicos han construido es la primera máquina en chip que explota la fuerza de Casimir generada por una configuración geométrica específica.
La gran promesa de todo esto es que también deberían poder fabricarse otras formas. Este esquema abre la posibilidad de adaptar la fuerza de Casimir utilizando componentes definidos litográficamente de formas no convencionales, dicen Zou y compañía.
Entonces, en lugar de verse obstaculizados por fuerzas incontrolables de Casimir, la próxima generación de dispositivos microelectromecánicos debería poder explotarlos, tal vez para fabricar cojinetes, resortes e incluso actuadores sin fricciones.
Tiempos emocionantes para micro y nano máquinas.
Ref: arxiv.org/abs/1207.6163 : Fuerzas de Casimir dependientes de la geometría en un chip de silicio