Kwantumkrachten die worden gebruikt om kleine apparaten automatisch in elkaar te zetten

Kleine gouden lichtcontrolerende apparaten worden gemaakt met behulp van vreemde kwantumeffecten die zich verbergen in een schijnbaar lege ruimte.

In 1948 theoretiseerde natuurkundige Hendrik Casimir dat sommige objecten een zeer zwakke aantrekkingskracht ervaren wanneer ze dicht bij elkaar in de ruimte worden gehouden, vanwege het onmerkbare flikkeren van kwantumvelden in de opening ertussen. Onderzoekers hebben dit Casimir-effect inmiddels in het laboratorium bevestigd. Betül Küçüköz van de Chalmers University of Technology in Zweden en haar collega’s hebben nu een manier gevonden om het nuttig te maken.

Ze wilden een lichtvangende holte creëren met behulp van twee evenwijdig aan elkaar geplaatste stukken goud, waartussen het licht heen en weer zou stuiteren en niet kon ontsnappen. Eerst maakten ze het onderste uiteinde van de holte door een driehoekige goudvlok tussen 4 en 10 micron groot op een klein stukje glas te stempelen. Het bovenste uiteinde van de holte bevatte ook een driehoekige goudvlok, maar in plaats van deze op zijn plaats te houden met gereedschap, dompelden de onderzoekers de op glas gemonteerde goudvlok onder in een zoutwateroplossing die extra driehoekige goudvlokken bevatte, waarna ze de resulterende krachten op natuurlijke wijze lieten werken. werk werk.

Eén van deze krachten was de elektrostatische kracht die werd veroorzaakt door de elektrische lading die met het opgeloste zout gepaard gaat. Het tweede was het Casimir-effect. Küçüköz zegt dat ze veel series van dit experiment onder de microscoop heeft bekeken en altijd het Casimir-effect aan het werk kon zien. Dit zorgde ervoor dat een van de vrij zwevende goudvlokken naar de op het glas gedrukte vlokken bewoog en vervolgens over de bedrukte vlokken draaide totdat de driehoekige indrukken van de twee vlokken samenvielen.

Hiermee is de montage van de holte voltooid, die vervolgens het licht zou kunnen opvangen. De onderzoekers hadden veel controle over het proces van cariësvorming, zegt Küçüköz. Door bijvoorbeeld verschillende zoutconcentraties te gebruiken, konden ze de sterkte van de elektrostatische kracht aanpassen om holtes te creëren met enigszins verschillende afmetingen, met vlokken op een afstand van tussen de 100 en 200 nanometer van elkaar, die elk licht van een andere kleur konden opvangen.

Raúl Esquivel-Sirvent van de Nationale Autonome Universiteit van Mexico zegt dat het idee van zelfassemblage, dat hij vergelijkt met het in een pot gooien van een Lego-set en het creëren van een structuur zonder handmatig op de onderdelen te drukken, niet nieuw is. Maar hij zegt dat het experiment van het team gedetailleerder en gecontroleerder is dan eerdere pogingen om het Casimir-effect voor soortgelijke doeleinden te gebruiken. Het Casimir-effect kan echter zo subtiel zijn, zegt Esquivel-Sirvent, dat het mogelijk is dat er ook andere, niet-gedetecteerde effecten optreden.

In de toekomst willen Küçüköz en haar collega’s hun holtes gebruiken als onderdeel van complexere experimenten met licht, waaronder enkele waarbij een object in de holte tussen twee goudvlokken wordt geplaatst.