söndag5 februari

Kontakt

Annonsera

E-tidning

Sök

Starta din prenumeration

Prenumerera

Klimat

Levitation utan meditation

Publicerad: 14 januari 2009, 10:53

Levitation, förmågan att flyga och hänga still i luften utan yttre hjälpmedel har hittills bara förekommit i SF-böcker. Nu kan man göra det på riktigt.


Om man är en molekyl, vill säga. Det visar sig att vissa kombinationer av molekyler tenderar att stöta bort varandra om de kommer för nära. Tidigare har man bara kunnat konstatera att Casimir-Lifshitz-kraften, som är ett kvantmekaniskt fenomen, verkar attraherande, om än på kvantmekaniska avstånd i nanometerområdet. Kraften är dock så liten att den inte varit särskilt intressant hittills. Men det har varit mellan två lika ämnen, det. När man använder sig av två olika ämnen, som guld och kisel, visar det sig nu att Casimir-kraften verkar repulserande.

En synnerligen schematisk bild som visar hur en guldbelagd sfär stöts bort av en kiselyta, men attraheras till en guldyta.

Forskare från Harvard University och National Institute of Health har för första gången mätt upp en repulserande kvantmekanisk kraft som skulle kunna användas inom nanotekniken, som är en variant av Casimir-kraften. Energin i attraktionen, som har samband med Heisenbergs osäkerhetsprincip, är bara betydelsefull om avståndet mellan två närliggande metallytor, såsom två speglar vända mot varandra, är mindre än cirka 100 nanometer.

När två ytor av samma material hålls på ett litet avstånd i vakuum eller i en vätska är denna kraft alltid attraherande. Men när den ena av ytorna ersätts med kisel och allting sänks ned i en vätska, blir kraften omvänd, numera kallad en repulserande Casimir. Detta är helt i linje med kvantteorin.

Forskarna mätte kraften genom att sänka ned en mikrosfär täckt med guld monterad i änden på en mekanisk mätarm i vätskan bromobensen varefter man mätte armens böjning när sfären kom i närheten av en platta av kiseldioxid.

Nanokullager, nanokompasser och nanogyroskop

Den repulsiva Casimir-kraften kan bli väldigt användbar i högkänsliga sensorer som känner moment och kraft. Det intressanta är att själva mätkroppen flyter fritt i vätskan och kan röra sig i förhållande till mätytan utan friktion eftersom objekten aldrig vidrör varandra.

Ett gyroskop etsat i kisel, en mikromaskin. De små tungorna vibrerar och känner av systemets vridning i ett plan genom corioliskraftena. Mems-gyron kommer att bli väldigt betydelsefulla i kamerastabilisatorer, mobil navigering mm.

Den vanliga, attraherande Casimir-kraften kan verka hämmande i väldigt små system, till exempel mikroelektromekaniska system (MEMS, mekaniska system på en chip), såsom accelerometrar, eftersom kraften hotar att ”klistra ihop” små rörliga delar, varefter systemet slutar fungera.

Med en repulserande Casimir skulle man istället kunna bygga ultrasmå glidlager där axeln flyger med kvantlevitation helt utan friktion, till exempel i mikro- och nanomaskiner. Man kan till exempel tänka sig leviterande nanosmå kompasser, accelerometrar och gyroskop.

Man kan notera att det mycket lämpliga materialet kisel har visat sig fungera. De flesta nanomaskiner och MEMS-system av idag är gjorda av kisel. Inte nog med att själva maskinen kan utföras i kisel, men den signalbehandlande kringelektroniken kan integreras på samma kiselchip.

Jörgen Städje

Dela artikeln:

Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Välj nyhetsbrev