科学家解释纳米器件中量子力的悖论

彼得大帝圣彼得堡理工大学 (SPbPU) 的研究人员提出了一种新方法来描述金属与电磁波动(即电场和磁场的随机爆发)之间的相互作用。获得的结果在基础物理学和为各种目的创建纳米器件方面都有应用。这篇文章发表在欧洲物理杂志 C 上。

现代技术中使用的微型器件的运行受到电磁波动引起的卡西米尔力的影响。这是作用在真空中两个表面之间的吸引力。20 世纪中叶，Evgeny Lifshitz 院士在理论上描述了距离小于 1 微米的电中性体之间的这种相互作用。然而，在某些情况下，Lifshitz 的理论与实验结果相矛盾。在精确测量纳米器件中的卡西米尔力的过程中发现了一个神秘的悖论。

“只有在计算中不考虑金属中传导电子的能量损失时，Lifshitz 理论的预测才与测量结果一致。然而，这些损失确实存在!众所周知，电流会略微加热金属线。在文献中，这种情况被称为卡西米尔难题，”SPbPU 物理、纳米技术和电信研究所教授 Galina Klimchitskaya 解释说。

理工大学的科学家们同时考虑了金属中电子的能量损失，并在 Lifshitz 理论的预测和卡西米尔力的高精度测量之间达成了一致。一种描述金属与电磁涨落相互作用的新方法考虑到有两种类型的涨落：真实涨落(类似于观察到的电磁场)和所谓的不能直接观察到的虚拟涨落(类似于构成量子真空的虚粒子)。

“所提出的方法导致实际波动对卡西米尔力的贡献与常用方法大致相同，但显着改变了虚拟波动的贡献。因此，Lifshitz 的理论与实验一致，同时考虑到了金属中电子的能量损失，”SPbPU 物理、纳米技术和电信研究所教授 Vladimir Mostepanenko 说。

公布的结果涉及非磁性金属。未来，研究人员计划将结果扩展到具有铁磁特性的材料。因此，将有机会可靠地计算和创建在卡西米尔力的影响下运行的更多微型纳米器件。

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