Des ingénieurs dévoilent la première puce Casimir qui exploite l'énergie du vide

L'un des effets les plus étranges de la nature quantique de l'univers est la force de Casimir. Cela rapproche deux plaques conductrices parallèles alors qu'elles ne sont distantes que de quelques dizaines de nanomètres.

À ce genre d'échelle, la force Casimir peut dominer et les ingénieurs sont bien conscients de ses effets indésirables. L'une des raisons pour lesquelles les machines microélectromécaniques n'ont jamais atteint leur promesse initiale est le frottement que les forces de Casimir peuvent générer.

En revanche, de nombreux ingénieurs espèrent exploiter la force Casimir. Divers modèles théoriques prédisent que la force devrait être répulsive entre des objets de certaines formes, un phénomène qui pourrait empêcher le frottement.

Mais il y a un problème : les expériences de force de Casimir sont extrêmement difficiles à faire. Un casse-tête est que personne n'a perfectionné la technologie pour positionner différents objets avec précision avec un écart à l'échelle du nanomètre. Une autre est que les objets microscopiques ont tendance à se déformer et à se plier ; toute ondulation sur une surface plane peut changer considérablement la quantité de force de Casimir entre elles et même sa direction. Cela rend les résultats expérimentaux difficiles à interpréter.

Aujourd'hui, Jie Zou de l'Université de Floride et quelques amis font un grand pas pour changer cela. Ces gars-là ont sculpté un seul appareil en silicium capable de mesurer la force de Casimir entre une paire de faisceaux de silicium parallèles, le premier appareil sur puce capable de le faire.

Le dispositif se compose d'une poutre fixe et d'une autre mobile attachée à un actionneur électromécanique. L'équipe commence par mesurer la séparation entre eux à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Ils appliquent alors une tension à l'actionneur, qui pousse la poutre mobile vers la poutre fixe.

Les faisceaux oscillent à une fréquence naturelle, que Zou et co peuvent facilement mesurer. Cependant, cette fréquence dépend des efforts sur les poutres. Ainsi, à mesure que les faisceaux se rapprochent et que les forces de Casimir changent, la fréquence d'oscillation change également. C'est ainsi que Zou et co mesurent la force.

Bien entendu, d'autres forces sont également en jeu ici, telles que les forces électrostatiques résiduelles. Lorsque Zou et co en tiennent compte, leurs résultats correspondent plus ou moins exactement aux prédictions théoriques de la force de Casimir que devraient générer des poutres de cette forme.

L'appareil résout un certain nombre de problèmes. Premièrement, étant donné que les deux faisceaux de silicium sont fabriqués au cours de la même étape lithographique, les distorsions indésirables ne constituent pas un problème important. Et le positionnement est également plus facile à contrôler puisque les faisceaux et l'actionneur font tous partie du même appareil et nécessitent donc beaucoup moins d'étalonnage et d'alignement. Enfin, il y a les mesures elles-mêmes qui sont plus simples à faire sur une seule puce que dans les expériences précédentes.

Tout cela représente un pas en avant significatif. Ce que ces gars ont construit est la première machine sur puce qui exploite la force Casimir générée par une configuration géométrique spécifique.

La grande promesse de tout cela est que d'autres formes devraient également être possibles à fabriquer. Ce schéma ouvre la possibilité d'adapter la force de Casimir en utilisant des composants définis par lithographie de formes non conventionnelles, disons Zou et co.

Ainsi, au lieu d'être entravée par les forces incontrôlables de Casimir, la prochaine génération de dispositifs microélectromécaniques devrait pouvoir les exploiter, peut-être pour fabriquer des roulements, des ressorts et même des actionneurs sans friction.

Des temps passionnants pour les micro et nano machines.

Réf : arxiv.org/abs/1207.6163 : Forces Casimir dépendantes de la géométrie sur une puce de silicium

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