(Phys.org) -- Depuis la première démonstration de systèmes microélectromécaniques (MEMS) au milieu des années 80, la technologie ne s'est pas avérée aussi utile que prévu initialement. L'un des problèmes est que les minuscules composants ont tendance à se coller les uns aux autres en raison des fortes forces d'adhérence de surface à l'échelle nanométrique, un effet que les ingénieurs appellent « stiction ». les scientifiques suggèrent que ce problème pourrait être résolu en induisant une lévitation quantique entre les composants, ce qu'ils démontrent en ajoutant simplement un mince revêtement métallique à l'une des surfaces d'interaction.

L'équipe de chercheurs, d'institutions en Norvège, Australie, et la Suède, a publié l'étude sur la lévitation quantique entre nanosurfaces dans un récent numéro de Lettres de physique appliquée .

La chose étrange à propos de cette lévitation est qu'elle provient de la force Casimir-Lifshitz, qui a la propriété inhabituelle d'être attrayante ou repoussante. En tant que force de van der Waals, il se produit entre les particules voisines en raison de leurs propriétés électriques inhérentes.

Dans cette étude, les scientifiques ont examiné la force de Casimir-Lifshitz qui se produit entre deux surfaces de silice dans un liquide (soit du bromobenzène, soit du toluène). Normalement, cette force est attractive, mais il s'affaiblit à mesure que les particules de silice s'éloignent les unes des autres. Cet affaiblissement est appelé retard, et les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient réduire la distance à laquelle le retard se produit en enduisant une couche ultrafine d'or sur l'une des surfaces de silice.

Cette petite modification déplace le régime de retard d'une distance de séparation de plusieurs nanomètres à quelques nanomètres en modifiant les propriétés diélectriques de la surface de silice revêtue. En réalité, le retard affaiblit tellement l'attraction que la force devient répulsive lorsque les surfaces sont séparées de quelques nanomètres ou plus, à une distance critique appelée distance de lévitation. En dessous de la distance de lévitation, la force redevient attractive, tandis qu'au-dessus de cette distance, il devient de plus en plus répulsif jusqu'à un point maximum. A des distances encore plus grandes, la répulsion se stabilise en dessous de la valeur maximale.

La capacité de contrôler la force Casimir-Lifshitz n'est pas complètement nouvelle. Les scientifiques connaissent théoriquement ces effets depuis les années 1970, mais seuls les progrès récents de la nanotechnologie ont permis des investigations expérimentales.

« L'interaction entre deux objets de silice dans le toluène est attrayante, », a déclaré le co-auteur Bo Sernelius de l'Université de Linköping en Suède Phys.org . « Des études antérieures ont montré que, si l'un des objets est remplacé par un objet en or massif, l'interaction devient répulsive pour les distances au-delà de la distance de lévitation. Il existe donc une barrière potentielle qui réduit les chances que les objets se rapprochent et se collent les uns aux autres. Nous avons trouvé, et c'est nouveau, que si au lieu d'avoir un objet en or massif nous avions un objet en silice avec une fine couche d'or, la distance de lévitation a diminué et la barrière est devenue plus haute. Les chances de prévenir la stiction ont considérablement augmenté.

En évitant le blocage, la lévitation quantique peut offrir un moyen d'empêcher les surfaces utilisées dans les MEMS et les systèmes nanoélectromécaniques (NEMS) de s'écraser ensemble en raison d'autres forces attrayantes de van der Waals qui existent entre elles. Étant donné que l'épaisseur du nanorevêtement modifie les propriétés diélectriques des surfaces en interaction, les chercheurs devraient déterminer avec précision l'épaisseur correcte pour une distance de lévitation souhaitée. Si la technique fonctionne, il peut fournir une revitalisation bien nécessaire des domaines de MEMS et NEMS.

À l'avenir, les chercheurs envisagent d'étendre leurs investigations à d'autres matériaux, tels que l'oxyde de zinc et l'hafnia, qui sont largement utilisés dans les dispositifs microélectriques et microoptiques. Ils ont également un article à paraître (arxiv.org/abs/1206.4852v1) dans lequel ils étudient les forces répulsives et attractives entre les atomes de césium excités qui sont confinés dans un nanocanal, qui sont très différents de ceux de l'espace libre.

"Deux atomes de césium proches l'un de l'autre et dans un état excité peuvent former des molécules inhabituellement grosses lorsqu'ils se trouvent entre deux surfaces d'or, », a expliqué le co-auteur Mathias Bostrom de l'Université norvégienne des sciences et technologies de Trondheim, Norvège, et l'Université nationale australienne de Canberra, Australie. « Les effets du retard pour ces interactions à l'état excité entre les atomes sont très similaires à ce que nous avons trouvé pour la force de Casimir-Lifshitz entre une surface de silice recouverte d'or et une surface de silice dans le toluène. Par conséquent, nous avons trouvé une attraction à longue portée qui rapproche les atomes et une répulsion à courte portée permettant des états liés (empêchant les atomes de s'écraser, c'est à dire., formant de très grosses molécules).

Finalement, les chercheurs prévoient d'étudier plus avant comment la lévitation quantique peut être utilisée pour les systèmes NEMS en examinant les effets anisotropes, qui sont les différentes propriétés qui surviennent lorsqu'elles sont parallèles ou perpendiculaires à l'interface du matériau.

"Nos collègues d'Oslo (le professeur Clas Persson de l'Université d'Oslo et son équipe) ont calculé les propriétés optiques réelles des matériaux (la fonction diélectrique) pour des feuilles d'or minces qui seront utilisées pour étudier comment les effets anisotropes peuvent influencer les systèmes NEMS avec nanorevêtements d'or. Il est probable que la portée avec les forces répulsives (empêchant le système de s'écraser) puisse être influencée par de tels calculs améliorés. Notre objectif est de faire de tels calculs cet automne.

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