Gensyn med kvanteeffekter i MEMS

Nye beregninger viser, at indflydelsen af ​​kvanteeffekter på nanoenheders driftsbetingelser har, indtil nu, blevet overvurderet.

Mikro- og nanoelektromekaniske enheder, omtalt som MEMS og NEMS, er allestedsnærværende. Disse nanoskalamaskiner med bevægelige dele bruges, for eksempel, at udløse bilers airbags efter et stød. De kan også findes i smartphones, giver dem mulighed for at opdage, hvordan man på passende vis viser skærmen for seeren.

Problemet er, at efterhånden som deres størrelse falder, kræfter, der typisk opleves på kvanteniveau, begynder at få betydning i disse nanoenheder. Mexicanske fysikere har studeret den mekaniske og elektriske stabilitet af MEMS og NEMS, afhængig af pladetykkelsen og arten af ​​det anvendte materiale. Resultaterne er nu offentliggjort i EPJ B af Raul Esquivel-Sirvent og Rafael Perez-Pascual fra National Autonomous University of Mexico, i Mexico City.

Kræfter af kvanteoprindelse bliver vigtige i omfanget af disse enheder krymper; dette gælder især for den såkaldte Casimir-styrke. Denne kraft fører til van der Waals interaktioner, som repræsenterer summen af ​​alle intramolekylære interaktioner. Disse omfatter attraktioner og frastødninger mellem atomer, molekyler, og overflader, såvel som andre intermolekylære kræfter, og er forårsaget af korrelationer i de fluktuerende polariseringer af nærliggende partikler.

For at undersøge stabiliteten af ​​nanoenheder, Esquivel-Sirvent og hans kollega brugte den klassiske beregning af Casimir-styrken, omtalt som Lifshitz-formlen, kombineret med teorien om stabilitet af mikro- og nanoskalamaskiner.

I dette studie, forfatterne viser, at tidligere værker overvurderede enhedernes driftsbetingelser ved ikke at tage højde for denne Casimir/van der Waals-effekt.

Ud over, de viser, at stabiliteten af ​​disse enheder under Casimir-kraften ændrer sig afhængigt af arten og tykkelsen af ​​de anvendte metalbelægninger. Det afhænger også af variationen i koncentrationen af ​​de frie ladninger i det anvendte silicium, som ændrer sig med dopingniveauet.