Предложен способ создания нанопереключателей, основанный на эффекте Казимира

Специалисты из Великобритании, Германии и Нидерландов научились регулировать величину силы Казимира, действующей между двумя незаряженными поверхностями, которые расположены на небольшом расстоянии друг от друга.

Изменение величины силы Казимира при воздействии на AIST. Точками обозначены экспериментальные данные, сплошной линией — теоретические. (Иллюстрация из журнала Physical Review A.)

Эффект Казимира, предсказанный более 60 лет назад, заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных объектов, помещённых в вакуум. Принято объяснять этот эффект «нулевыми колебаниями» электромагнитного поля в вакууме, но по своей сути он, как показал советский физик Евгений Михайлович Лифшиц, является одним из проявлений сил Ван-дер-Ваальса. В 2008 году исследователи экспериментально доказали существование обратного эффекта: если зазор между объектами заполнить специально подобранным веществом, притяжение сменяется отталкиванием.

Авторов заинтересовала возможность практического применения эффекта Казимира в наноразмерных системах. В своих экспериментах они использовали сплав серебра, индия, сурьмы и теллура AgInSbTe (AIST), который применяется при создании перезаписываемых дисков. AIST отличается тем, что под воздействием лазера, при записи или удалении информации, легко переходит из кристаллической фазы в аморфную.

Учёные нанесли слой AIST толщиной 1 мкм на покрытую алюминием кремниевую пластину, после чего к ней приближали сферу диаметром 20,2 мкм, покрытую золотом. Сфера прикреплялась к кантилеверу атомно-силового микроскопа, с помощью которого измерялась величина силы Казимира.

Как выяснилось, на расстоянии в несколько десятков нанометров аморфный AIST и сфера дают силу около 100 пН, однако при переходе в кристаллическую фазу значение заметно увеличивается. Наиболее серьёзный прирост (~20%) был отмечен на расстоянии в 100 нм. По мнению авторов, наблюдаемые колебания силы связаны с изменением оптических свойств материала.

Один из участников исследования Джордж Паласанцас (George Palasantzas), представляющий Университет Гронингена, уверен в том, что подобное манипулирование свойствами AIST и изменение величины силы Казимира можно использовать при создании надёжного наноразмерного переключателя. «Состояние такого переключателя будет фиксироваться при выключении питания, что очень удобно», — добавляет учёный.

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review A; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.