美物理學(xué)家找到利用光遙控微型機械的方法（文）
中國機械網(wǎng) 發(fā)布時間:2007/06/05 |
美物理學(xué)家找到利用光遙控微型機械的方法（文）
據(jù)www.eurekalert.org網(wǎng)站2007年5月31日報道，加州大學(xué)河濱分校物理學(xué)家對怎樣利用光遙控微型機械進行了論證。烏瑪爾·莫希汀表示，光能夠改變卡西米爾力，即一種當兩個物體之間距離相當近（只有五百萬分之一米）時才會體現(xiàn)出來的微弱的相互吸引力。由加州大學(xué)河濱分校物理學(xué)家烏瑪爾·莫希汀領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組在實驗室內(nèi)對利用光改變卡西米爾力進行了論證，這將使得利用光遙控微型機械成為可能。
當“虛晃光子”的特性得以改變時，它就會產(chǎn)生卡西米爾力。光子是電磁相互作用的運送粒子，而虛晃光子則是一種稍縱即逝的粒子，它在此過程中作為一種媒介，而且是不可能直接觀察到。因為虛晃光子經(jīng)常存在于真空中，研究卡西米爾力能夠使物理學(xué)家進一步了解空間量子性的特征。
在他們的研究當中，莫希汀及其同事利用一個球狀物和一個平面金屬板模擬兩個平行平板。作為物理學(xué)和天文學(xué)部的一名物理教授，莫希汀稱：“在那里，球狀物和平板相互靠近，在精微的距離內(nèi)，它們的表面被認為是幾乎平行的。”
在他進行的每一個實驗中，球狀物（直徑為200微米）都是由黃金制成的，一種不會失去光澤的化學(xué)清潔金屬。一次次的實驗表明，只有制成平面平板的材料會發(fā)生改變。在這樣的一次實驗中，研究人員使用一種硅平板來測量“載流子密度”或平板內(nèi)電子的數(shù)量，而這種材料通常用于半導(dǎo)體工業(yè)。他們?nèi)缓髮⒚看吸S金球與一系列具有不同載流子密度的硅平板間的卡西米爾力進行比較。他們發(fā)現(xiàn)，只有當一個平板的載流子密度至少是第二個平板載流子密度的10,000倍時，球狀物和任何兩塊硅平板間的卡西米爾力才能存在可測定程度的差異。莫希汀教授稱：“然后我們就會問自己是否能夠通過其他方式來產(chǎn)生這種密度差異。”
接下來，研究人員就用具有相同載流子密度的黃金球和硅平板進行實驗。通過調(diào)整平板上的一束光，他們可以改變平板與球狀物間卡西米爾力，從而使平板的載流子密度發(fā)生改變。莫希汀解釋稱，當光被硅吸收時，光子會被轉(zhuǎn)化為正的和負的電荷。隨著電子數(shù)（負電荷）的增加，卡西米爾力也會相應(yīng)增大。他補充稱：“利用這一研究結(jié)論，它現(xiàn)在應(yīng)該可以幫助我們制造出特殊的可以檢測電子密度變化的探測器。它同樣也可能用于制造新的可完全用光遙控的微型機械�！�
微型機械可以在很小的齒輪和杠桿綜合系統(tǒng)中找到其用武之地。在光通信中，它們將被用于改變光纖間光的路線。而在過荷傳感器中，它們可以在事故發(fā)生時幫助打開安全氣囊。
莫希汀稱：“因為光的敏感度，我們能夠在非常小規(guī)模的范圍內(nèi)通過更為精確的實驗驗證我們的理論。這將有助于物理學(xué)家更好地理解一種“Lifshitz理論”是如何被應(yīng)用于有關(guān)卡西米爾力實驗的。”“Lifshitz理論”預(yù)言，兩個平面間的卡西米爾力取決于兩個平面間的距離（距離越小，力量越大）。該理論還就表面的電子數(shù)量如何改變力進行了陳述，并對虛晃光子如何同電子相互作用進行了詮釋。
在他們接下來的研究中，這些物理學(xué)家計劃利用更為精確的探測技術(shù)增加他們實驗的靈敏性。他們還將嘗試以精確的方式理解電子和虛晃光子是如何發(fā)生相互作用的。
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