doi.org/10.1038/s41567-024-02521-0
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#Materiais
A chamada força Casimir ou efeito Casimir é um fenômeno da mecânica quântica resultante de flutuações no campo eletromagnético entre duas superfícies condutoras ou dielétricas que estão a uma curta distância uma da outra. Estudos têm mostrado que essa força pode ser atrativa ou repulsiva, dependendo das propriedades dielétricas e magnéticas dos materiais utilizados nos experimentos.
Investigadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China têm explorado recentemente a possibilidade de sintonizar selectivamente a força de Casimir, ou seja, mudá-la de atractiva para repulsiva e vice-versa, utilizando campos magnéticos externos. Seu estudo, apresentado na Nature Physics, demonstra o sucesso do ajuste do campo magnético da força de Casimir resultante de uma esfera de ouro e uma placa de sílica imersa em ferrofluidos à base de água.
“Minha área de pesquisa é física da matéria condensada, mas também tenho um grande interesse em física fundamental, como flutuações quânticas e seus efeitos induzidos”, disse Changgan Zeng, autor correspondente do artigo, ao Phys.org.
“Nas últimas duas décadas, acompanhei de perto os desenvolvimentos no campo das forças Casimir e fiquei particularmente impressionado com um artigo de Munday et al. na Nature. As forças Casimir são tipicamente atraentes, o que representa desafios para aplicações, como em sistemas microeletromecânicos (MEMS). Em seu artigo, os autores desenvolveram um experimento elegante para obter forças repulsivas de Casimir, selecionando cuidadosamente as permissividades dielétricas dos materiais envolvidos.”
Inspirado por este artigo anterior publicado em 2009, Zeng decidiu prosseguir pesquisas destinadas a controlar reversivelmente as forças de Casimir através da aplicação de campos magnéticos. A sua esperança era conceber uma abordagem fiável para modular o efeito Casimir, que pudesse abrir novos caminhos tanto para a investigação como para o desenvolvimento tecnológico.
“Inicialmente, pensamos em controlar a força de Casimir através da aplicação de um campo elétrico, inspirado no conceito de dispositivos FET”, explicou Zeng. “Embora seja bem conhecido que a força de Casimir depende das permissividades dielétricas dos materiais envolvidos, essas permissividades geralmente não são sensíveis a campos externos. Por outro lado, de acordo com a teoria de Lifshitz, a força de Casimir também depende das permeabilidades magnéticas de os materiais.”
A permeabilidade magnética de muitos materiais magnéticos, particularmente ferrofluidos, pode ser modulada pela aplicação de campos magnéticos externos. Zeng e seus alunos decidiram então usar ferrofluidos à base de água para permitir o ajuste da força de Casimir entre uma esfera de ouro e uma placa de sílica.
“Propus este projeto aos meus alunos de pós-graduação, mas nenhum deles se dispôs a aceitá-lo”, disse Zeng. “No final das contas, consegui convencer alguns alunos talentosos realizando o projeto e conseguimos.”
Zeng e seus alunos realizaram primeiro uma série de cálculos teóricos. Esses cálculos sugeriram que a força de Casimir poderia ser alterada de atrativa para repulsiva simplesmente modulando um campo magnético externo, a distância entre as duas amostras de material e o volume de ferrofluidos que empregavam.
Os pesquisadores então conduziram um experimento projetado para testar suas previsões. Usando um cantilever que poderia coletar medições dentro de ferrofluidos, eles observaram como as mudanças implementadas afetaram o efeito Casimir. As descobertas deste estudo recente poderão em breve abrir caminho para novos esforços para ajustar efetivamente o efeito Casimir usando campos externos. Coletivamente, esses trabalhos poderiam permitir o desenvolvimento de novos dispositivos micromecânicos comutáveis que potencializem as forças de Casimir.
“Alcançamos o ajuste reversível da força Casimir de atrativa para repulsiva usando um campo magnético, abrindo caminho para o desenvolvimento de dispositivos micromecânicos comutáveis baseados no efeito Casimir ajustável”, acrescentou Zeng. “Em nossos próximos estudos, planejamos controlar a força de Casimir usando luz. Por exemplo, os plasmons em placas de metal podem ser excitados pela luz, o que deve alterar efetivamente a força de Casimir.”
Publicado em 27/06/2024 03h47
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