Forskare från Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU) har föreslagit ett nytt tillvägagångssätt för att beskriva interaktionen mellan metaller och elektromagnetiska fluktuationer (d.v.s. med slumpmässiga utbrott av elektriska och magnetiska fält). De erhållna resultaten har tillämpningar i både grundläggande fysik, och för att skapa nanoenheter för olika ändamål. Artikeln publicerades i European Physical Journal C .

Funktionen hos mikroenheter som används i modern teknik påverkas av Casimir-kraften som orsakas av elektromagnetiska fluktuationer. Detta är attraktionskraften som verkar mellan två ytor i vakuumet. En sådan interaktion mellan elektriskt neutrala kroppar belägna på ett avstånd av mindre än en mikrometer beskrevs teoretiskt i mitten av 1900-talet av akademikern Evgeny Lifshitz. I vissa fall, dock, Lifshitz teori motsäger de experimentella resultaten. En mystisk paradox upptäcktes i processen med exakta mätningar av Casimir-krafterna i nanoenheter.

"Förutsägelserna i Lifshitz teori stämde överens med mätresultaten endast om energiförlusterna för ledningselektroner i metaller inte togs med i beräkningarna. Dessa förluster, dock, existerar! Det är allmänt känt att elektrisk ström värmer tråden något. I litteraturen, denna situation kallas Casimir-pusslet, " förklarar Galina Klimchitskaya, Professor vid Institutet för Fysik, Nanoteknik och telekommunikation, SPbPU.

Forskarna vid Polytechnic University tog samtidigt hänsyn till energiförlusterna av elektroner i metaller och nådde en överenskommelse mellan förutsägelserna från Lifshitz-teorin och högprecisionsmätningar av Casimir-kraften. Ett nytt tillvägagångssätt, beskriver växelverkan mellan metaller och elektromagnetiska fluktuationer, tar hänsyn till att det finns två typer av fluktuationer:Verkliga fluktuationer (liknande de observerade elektromagnetiska fälten), och så kallade virtuella fluktuationer som inte direkt kan observeras (liknande de virtuella partiklarna som utgör kvantvakuumet).

"Det föreslagna tillvägagångssättet leder till ungefär samma bidrag av verkliga fluktuationer till Casimir-styrkan, som den vanligaste, men avsevärt förändrar bidraget från virtuella fluktuationer. Som ett resultat, Lifshitz teori överensstämmer med experiment, samtidigt som man tar hänsyn till energiförlusterna av elektroner i metaller, säger Vladimir Mostepanenko, Professor vid Institutet för Fysik, nanoteknik och telekommunikation, SPbPU.

De publicerade resultaten avser icke-magnetiska metaller. I framtiden, forskare planerar att utöka resultaten till material med ferromagnetiska egenskaper. Således, det kommer att finnas en möjlighet för tillförlitlig beräkning och skapande av fler miniatyr nanoenheter som drivs under inflytande av Casimir-styrkan.