Fysikeren opdager mærkelige kræfter, der virker på nanopartikler

Et nyt videnskabeligt papir udgivet, delvis, af et universitet i New Mexico kaster fysiker lys over en mærkelig kraft, der påvirker partikler på det mindste niveau i den materielle verden.

Opdagelsen, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , blev lavet af et internationalt forskerteam ledet af UNM -adjunkt Alejandro Manjavacas i Institut for Fysik &Astronomi. Samarbejdspartnere på projektet omfatter Francisco Rodríguez-Fortuño (King's College London, Storbritannien), F. Javier García de Abajo (Institute of Photonic Sciences, Spanien) og Anatoly Zayats (King's College London, Storbritannien).

Resultaterne vedrører et område med teoretisk nanofotonik og kvanteteori kendt som Casimir -effekten, en målelig kraft, der eksisterer mellem objekter inde i et vakuum forårsaget af udsvingene i elektromagnetiske bølger. Når man studerede ved hjælp af klassisk fysik, vakuumet ville ikke frembringe nogen kraft på genstandene. Imidlertid, når man ser på brug af kvantefeltteori, vakuumet er fyldt med fotoner, skaber en lille, men potentielt betydelig kraft på objekterne.

"Disse undersøgelser er vigtige, fordi vi udvikler nanoteknologier, hvor vi kommer ind på afstande og størrelser, der er så små, at disse kræfter kan dominere alt andet, "sagde Manjavacas." Vi ved, at disse Casimir -styrker eksisterer, så, det, vi prøver at gøre, er at finde ud af den samlede indvirkning, de har meget små partikler. "

Manjavacas 'forskning udvider Casimir -effekten ved at udvikle et analytisk udtryk for den laterale Casimir -kraft, der opleves af nanopartikler, der roterer nær en flad overflade.

Forestil dig en lille kugle (nanopartikel), der roterer over en overflade. Mens kuglen bremses på grund af fotoner, der kolliderer med den, at rotation også får kuglen til at bevæge sig i en lateral retning. I vores fysiske verden, friktion mellem kuglen og overfladen ville være nødvendig for at opnå lateral bevægelse. Imidlertid, nano-verden følger ikke det samme regelsæt, eliminerer behovet for kontakt mellem kuglen og overfladen for at bevægelse kan forekomme.

"Nanopartiklen oplever en sidekraft, som om den var i kontakt med overfladen, selvom det faktisk er adskilt fra det, "sagde Manjavacas." Det er en mærkelig reaktion, men en reaktion, der kan vise sig at have betydelig indvirkning på ingeniører. "

Selvom opdagelsen kan virke noget uklar, det er også yderst nyttigt for forskere, der arbejder i den nanoteknologiindustri, der altid er under udvikling. Som en del af deres arbejde, Manjavacas siger, at de også har lært, at kraftens retning kan kontrolleres ved at ændre afstanden mellem partiklen og overfladen, en forståelse, der kan hjælpe nanoteknikere med at udvikle bedre nanoskalaobjekter til sundhedspleje, computing eller en række andre områder.

For Manjavacas, projektet og denne seneste publikation er blot endnu et skridt fremad i hans forskning om disse Casimir -styrker, som han har studeret gennem sin videnskabelige karriere. Efter at have modtaget sin ph.d. fra Complutense University of Madrid (UCM) i 2013, Manjavacas arbejdede som postdoktor ved Rice University, inden han kom til UNM i 2015.