Kvantové síly používané k automatickému sestavení malého zařízení

Drobná zlatá zařízení pro ovládání světla byla postavena pomocí podivných kvantových efektů, které se skrývají ve zdánlivě prázdném prostoru.

V roce 1948 fyzik Hendrik Casimir vyslovil teorii, že některé objekty mají velmi slabou přitažlivost, když jsou drženy blízko sebe ve vesmíru kvůli nepostřehnutelné záblesky kvanta pole v mezeře mezi nimi. Vědci to mezitím potvrdili Casimirův efekt v laboratoři. Betül Küçüköz na Chalmers University of Technology ve Švédsku a její kolegové nyní našli způsob, jak to udělat užitečným.

Chtěli postavit a dutina zachycující světlo pomocí dvou kusů zlata umístěných paralelně k sobě, mezi nimiž by se světlo odráželo tam a zpět a nemohlo uniknout. Nejprve vytvořili spodní konec dutiny otiskem trojúhelníku zlatá vločka o velikosti mezi 4 a 10 mikrony na malý kousek skla. Horní konec dutiny také obsahoval trojúhelníkovou zlatou vločku, ale místo aby ji drželi na místě nějakým nástrojem, vědci ponořili zlatou vločku na skle do roztoku slané vody obsahující další trojúhelníkové zlaté vločky, a pak nechali síly, které vznikly. místo toho přirozeně dělejte práci.

Jednou z těchto sil byla elektrostatická síla způsobená elektrickými náboji spojenými s rozpuštěnou solí. Druhým byl Casimirův efekt. Küçüköz říká, že sledovala mnoho běhů tohoto experimentu pod mikroskopem a vždy mohla vidět Casimirův efekt v akci. Způsobilo to, že se jedna z volně plujících zlatých vloček posunula směrem k té, která byla otištěna na skle, a pak se otočila nad otištěnou vločkou, dokud se trojúhelníkové stopy dvou vloček neshodovaly.

Tím byla dokončena montáž dutiny, která pak mohla zachytit světlo. Výzkumníci měli spoustu kontroly nad procesem vytváření dutin, říká Küçüköz. Například použitím různých koncentrací soli by mohli upravit sílu elektrostatické síly tak, aby vytvořily dutiny s mírně odlišnými rozměry, se vzdálenostmi mezi vločkami v rozmezí 100 až 200 nanometrů, které by pak každá mohla zachytit světlo jiné barvy.

Raúl Esquivel-Sirvent na Národní autonomní univerzitě v Mexiku říká, že myšlenka sebe-skládání, kterou přirovnává k vhození sady Lego do hrnce a vytvoření struktury, aniž by kdy ručně stiskli nějaké kusy, není nová. Ale říká, že experiment týmu je podrobnější a kontrolovanější než předchozí pokusy využít Casimirův efekt pro podobné účely. Casimirův efekt však může být tak jemný, říká Esquivel-Sirvent, že je možné, že i zde jsou ve hře ještě další, nezjištěné efekty.

V budoucnu chtějí Küçüköz a její kolegové používat své dutiny jako součást složitějších experimentů se světlem, včetně některých, které zahrnují umístění předmětů do dutiny mezi dvěma zlatými vločkami.