Du kanske tror att ett par parallella plattor som hänger orörliga i ett vakuum bara en bråkdel av en mikrometer från varandra skulle vara som främlingar som passerar på natten - så nära men avsedda att aldrig träffas. Tack vare kvantmekaniken, du skulle ha fel.

Forskare som arbetar med att konstruera nanoskala -maskiner vet detta alltför väl eftersom de måste kämpa med kvantkrafter och allt det konstiga som följer med dem. Dessa kvantkrafter, framför allt Casimir -effekten, kan spela förödelse om du behöver förhindra att ytor som ligger nära varandra ligger ihop.

Att kontrollera dessa effekter kan också vara nödvändigt för att göra små mekaniska delar som aldrig fastnar vid varandra, för att bygga vissa typer av kvantdatorer, och för att studera gravitationen i mikroskala.

Nu, en stor forskningsgrupp som samarbetar med forskare från ett antal federala laboratorier, inklusive National Institute of Standards and Technology (NIST), och stora universitet, har observerat att dessa klibbiga effekter kan ökas eller minskas genom att mönstra en av ytorna med nanoskala strukturer. Upptäckten, beskrivs i Naturkommunikation , öppnar en ny väg för att ställa in dessa effekter.

Men som ofta händer med kvantfenomen, verket väcker nya frågor även om det svarar på andra.

En av insikterna i kvantmekaniken är att inget utrymme, inte ens yttre rymden, är någonsin riktigt tom. Den är full av energi i form av kvantfluktuationer, inklusive fluktuerande elektromagnetiska fält som till synes kommer från ingenstans och försvinner lika snabbt.

En del av denna energi, dock, kan bara inte "passa" i submikrometerutrymmet mellan ett par elektromekaniska kontakter. Mer energi på utsidan än på insidan resulterar i ett slags "tryck" som kallas Casimirstyrkan, vilket kan vara tillräckligt kraftfullt för att trycka ihop kontakterna och hålla fast.

Den rådande teorin gör ett bra jobb med att beskriva Casimirstyrkan mellan prestationslösa, plana ytor och till och med mellan de mest jämnt krökta ytorna. Dock, enligt NIST-forskare och medförfattare till tidningen, Vladimir Aksyuk, befintlig teori inte förutspår de interaktioner de observerade i sitt experiment.

"I vårt experiment, vi mätte Casimir-attraktionen mellan en guldbelagd sfär och platta guldytor mönstrade med rader av periodiska, platta åsar, var och en mindre än 100 nanometer tvärs över, åtskilda av något bredare luckor med djupa renväggiga sidor, "säger Aksyuk." Vi ville se hur en nanostrukturerad metallyta skulle påverka Casimir -interaktionen, som aldrig tidigare hade försökts med en metallyta. Naturligtvis, vi förväntade oss att det skulle minska attraktionen mellan vår räfflade yta och sfären, oavsett avståndet mellan dem, eftersom toppen av den räfflade ytan presenterar mindre total yta och mindre material. Dock, vi visste att Casimirstyrkan är beroende av ytformen inte är så enkel. "

Verkligen, vad de fann var mer komplicerat.

Enligt Aksyuk, när de ökade separationen mellan sfärens yta och den räfflade ytan, forskarna fann att Casimir -attraktionen minskade mycket snabbare än förväntat. När de flyttade sfären längre bort, kraften föll med en faktor två under det teoretiskt förutsagda värdet. När de flyttade sfärytan nära åsarna, attraktionen per enhet åsen övre ytarea ökade.

"Teori kan stå för den starkare attraktionen, men inte för alltför snabb försvagning av kraften med ökad separation, "säger Aksyuk." Så det här är ett nytt territorium, och fysikgemenskapen kommer att behöva komma med en ny modell för att beskriva den. "