МОСКВА, 25 октября. /ТАСС/. Профессора Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) Галина Климчицкая и Владимир Мостепаненко предложили альтернативный метод расчета флуктуационных сил в микроустройствах, сообщает медиа-центр СПбПУ. Новый метод успешно проверен экспериментально и поможет в создании различных тонкопленочных покрытий и устройств на базе графена, при разработке которых важно учитывать влияние флуктуационных сил.
"В 2016 году американские ученые из университета Индианы-Пердью Индианаполис (Indiana University-Perdue University Indianapolis) провели решающий эксперимент, в котором подтвердили предсказания российских ученых", - говорится в пресс-релизе. До этого времени задача расчета флуктуационных сил оставалась нерешенной, потому что результаты, полученные стандартными методами квантовой статистической физики, противоречили экспериментальным данным.
Что такое флуктуационные силы и почему важно уметь их рассчитывать?
Флуктуационные силы (силы Ван-дер-Ваальса, силы Казимира) действуют между очень близко расположенным объектами и имеют квантовую природу. Они возникают из вакуума и появляются за счет малых квантово-механических отклонений (флуктуаций) значений электрических и магнитных полей, которые невозможно устранить и зафиксировать даже при нулевой абсолютной температуре.
Флуктуационные силы необходимо учитывать при расчете свойств и характеристик объектов с характерными размерами меньше нескольких сотен нанометров: на этих масштабах их вклад в общее поведение системы становится существенен. К примеру, флуктуационные силы могут приводить к слипанию элементов микроустройства.
Что сделали российские ученые?
Согласно подходу, предложенному учеными СПбПУ, материалы могут по-разному реагировать на реальные электромагнитные поля с ненулевой напряженностью и на квантовые флуктуации, характеризуемые нулевыми средними значениями полей. В частности, квантовые флуктуации не приводят к возникновению реальных токов в металле и не нагревают его. На этом различии и основан новый статистический метод расчета флуктуационных сил.
Основы нового подхода описаны в серии статей в ведущих международных журналах Physical Review Letters, Physical Review A и Physical Review B, последние из которых вышли в сентябре и октябре 2016 года. Результаты работы могут быть полезны для разработки различных микроустройств, в том числе в области биомедицины.