Nya beräkningar visar att inverkan av kvanteffekter på nanoenheters driftsförhållanden har, tills nu, överskattats.

Mikro- och nanoelektromekaniska enheter, kallas MEMS och NEMS, är allestädes närvarande. Dessa nanoskalamaskiner med rörliga delar används, till exempel, att utlösa bilars krockkuddar efter en chock. De kan också hittas i smartphones, så att de kan upptäcka hur de ska visa skärmen på ett adekvat sätt för tittaren.

Problemet är att när deras storlek minskar, krafter som vanligtvis upplevs på kvantnivå börjar spela roll i dessa nanoenheter. Mexikanska fysiker har studerat den mekaniska och elektriska stabiliteten hos MEMS och NEMS, beroende på plåttjockleken och arten av det använda materialet. Resultaten har nu publicerats i EPJ B av Raul Esquivel-Sirvent och Rafael Perez-Pascual från National Autonomous University of Mexico, i Mexico City.

Krafter av kvantursprung blir viktiga i omfattningen av dessa enheter krymper; Detta gäller särskilt den så kallade Casimirstyrkan. Denna kraft leder till van der Waals interaktioner, som representerar summan av alla intramolekylära interaktioner. Dessa inkluderar attraktioner och avstötningar mellan atomer, molekyler, och ytor, liksom andra intermolekylära krafter, och orsakas av korrelationer i de fluktuerande polarisationerna av närliggande partiklar.

För att undersöka stabiliteten hos nanoenheter, Esquivel-Sirvent och hans kollega använde den klassiska beräkningen av Casimirstyrkan, kallas Lifshitz-formeln, kombinerat med teorin om stabilitet hos maskiner i mikro- och nanoskala.

I den här studien, författarna visar att tidigare verk överskattade driftsförhållandena för enheterna genom att inte ta hänsyn till denna Casimir/van der Waals -effekt.

Dessutom, de visar att stabiliteten hos dessa enheter under Casimir-kraften förändras beroende på arten och tjockleken på de använda metallbeläggningarna. Det beror också på variationen i koncentrationen av de fria laddningarna i det kisel som används, som förändras med dopningsnivåer.