La force répulsive pourrait éliminer la nanofriction

Lorsque deux objets sont si proches l'un de l'autre que la distance entre eux est à peu près de la même taille que les fluctuations quantiques appelées particules virtuelles, ils sont rapprochés. Cet effet, causé par la force Casimir, n'est pas quelque chose dont l'humanité a eu à s'inquiéter jusqu'à récemment. Mais alors que les chercheurs développent des dispositifs nanomécaniques pour les communications et le calcul, ce qu'on appelle la stiction est devenue une pierre d'achoppement potentielle qui pourrait, par exemple, limiter la densité des puces mémoire. Mais il y a un revers à la force Casimir qui pourrait permettre, plutôt que d'entraver, les nano-dispositifs. Hendrik Casimir, qui a décrit sa force éponyme en 1948, et Evgeny Lifshitz, qui a développé son travail, ont prédit qu'à des distances légèrement plus grandes, cette force devrait devenir répulsive. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université Harvard et des National Institutes of Health ont vu cette force répulsive en laboratoire pour la première fois.

Dans cette illustration de la force Casimir, une minuscule sphère et plaque d'or subissent une adhérence (à droite). Mais avec la bonne combinaison de matériaux, comme à gauche, où une sphère d'or est associée à une plaque de silice, la force de Casimir s'inverse, devenant répulsive. Les futurs dispositifs à l'échelle nanométrique pourraient tirer parti de cet effet. Crédit : U. Christensen

Les chercheurs ont inversé la force de Casimir grâce à leur choix de matériaux. Que la force soit attractive ou répulsive, il s'avère, dépend des permittivités diélectriques relatives des deux surfaces et du milieu qui se trouve entre elles. (La permittivité diélectrique est une propriété matérielle qui décrit comment un matériau interagit avec les champs électriques.) Lorsque les chercheurs ont réuni une sphère recouverte d'or d'environ 40 micromètres de diamètre et une plaque de silice, toutes deux immergées dans le bromobenzène liquide, ils ont mesuré un Casimir répulsif Obliger. La sphère d'or était attachée à un microscope à force atomique, qui a été utilisé pour détecter cette répulsion. Ces résultats sont décrits dans la revue La nature .

Ces résultats suggèrent qu'il devrait être possible de créer des dispositifs nanomécaniques sans friction et sans friction basés sur ce que les chercheurs appellent la lévitation quantique. On ne sait pas encore quelles applications seront trouvées pour la lévitation quantique, mais selon un communiqué de presse de Harvard, les chercheurs ont déposé un brevet américain couvrant des nanodispositifs basés sur le phénomène. Pensez aux roulements à billes sans friction et aux détecteurs chimiques ultrasensibles.

Les chercheurs de Harvard étaient dirigés par Federico Capasso , un physicien qui a développé le premier laser à cascade quantique aux Bell Labs au milieu des années 90. Il a également figuré dans notre section 10 Technologies émergentes en 2007 pour ses travaux sur les antennes optiques.

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