論文の概要: Efficient Reduction of Casimir Forces by Self-assembled Bio-molecular Thin Films

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.16209v1
• Date: Wed, 28 Jun 2023 13:44:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-29 13:54:46.334712
• Title: Efficient Reduction of Casimir Forces by Self-assembled Bio-molecular Thin Films
• Title（参考訳）: 自己組織化生体分子薄膜によるカシミール力の効率的な低減
• Authors: Ren\'e I.P. Sedmik, Alexander Urech, Zeev Zalevsky, Itai Carmeli
• Abstract要約: ロンドン・ヴァン・デル・ワールス力に関連するカシミール力は、電磁ゆらぎのスペクトルが境界によって制限されている場合に生じる。 本研究では, 自己組織化された分子バイオ膜と有機薄膜が板と球間のカシミール力に及ぼす影響を実験的に検討した。 分子薄膜はわずか数ナノメートルの厚さだが、カシミール力は最大14%減少する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.997667081978825
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Casimir forces, related to London-van der Waals forces, arise if the spectrum of electromagnetic fluctuations is restricted by boundaries. There is great interest both from fundamental science and technical applications to control these forces on the nano scale. Scientifically, the Casimir effect being the only known quantum vacuum effect manifesting between macroscopic objects, allows to investigate the poorly known physics of the vacuum. In this work, we experimentally investigate the influence of self-assembled molecular bio and organic thin films on the Casimir force between a plate and a sphere. We find that molecular thin films, despite being a mere few nanometers thick, reduce the Casimir force by up to 14%. To identify the molecular characteristics leading to this reduction, five different bio-molecular films with varying chemical and physical properties were investigated. Spectroscopic data reveal a broad absorption band whose presence can be attributed to the mixing of electronic states of the underlying gold layer and those of the molecular film due to charge rearrangement in the process of self-assembly. Using Lifshitz theory we calculate that the observed change in the Casimir force is consistent with the appearance of the new absorption band due to the formation of molecular layers. The desired Casimir force reduction can be tuned by stacking several monolayers, using a simple self-assembly technique in a solution. The molecules - each a few nanometers long - can penetrate small cavities and holes, and cover any surface with high efficiency. This process seems compatible with current methods in the production of micro-electromechanical systems (MEMS), which cannot be miniaturized beyond a certain size due to `stiction' caused by the Casimir effect. Our approach could therefore readily enable further miniaturization of these devices.
• Abstract（参考訳）: ロンドン・ヴァン・デル・ワールス力に関連するカシミール力は、電磁揺らぎのスペクトルが境界によって制限された場合に生じる。 ナノスケールでこれらの力を制御するための基礎科学と技術的応用の両方から大きな関心がある。 科学的には、カシミール効果は、マクロな物体の間に現れる唯一の既知の量子真空効果であり、真空の未知の物理を調べることができる。 本研究では, プレートと球体間のカシミール力に及ぼす自己組織化分子バイオ薄膜と有機薄膜の影響を実験的に検討した。 分子薄膜は、わずか数ナノメートルの厚さにもかかわらず、カシミール力は最大14%減少することがわかった。 この還元に繋がる分子特性を明らかにするため, 化学的, 物理的性質の異なる5種類の生体分子膜について検討した。 分光データから、金層と分子膜の電子状態が自己集合過程における電荷再配置によって混合されることに起因する広い吸収帯が明らかとなった。 リフシッツ理論を用いて、観察されたカシミール力の変化は、分子層の形成による新しい吸収帯の出現と一致することを計算した。 所望のカシミール力の低減は、溶液中の単純な自己組織化技術を用いて、複数の単層を積み重ねることで調整できる。 分子は、それぞれ数ナノメートルの長さで、小さな空洞や穴を貫通し、あらゆる表面を高い効率で覆うことができる。 このプロセスは、マイクロエレクトロメカニカルシステム(MEMS)の製造における現在の手法と互換性があり、カシミール効果によって生じる「スティクション」により、一定のサイズを超えて小型化できない。 したがって、我々のアプローチはこれらのデバイスをさらに小型化することができる。

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