超材料的新应用:调控Casimir力

 随着微机电系统（MEMS）的微型化,由Casimir吸引力导致的器件黏附失效极大影响了MEMS的应用,如何减小Casimir吸引力甚至将其转化为斥力成为该领域的研究热点。本文综述Casimir力的物理起源、理论计算方法、材料电磁参数的影响规律及电磁超材料在Casimir力调控方面的应用等研究进展。     

真空涨落与Casimir力

荷兰物理学家H.Casimir于1948年预期有这样一种力：按照量子力学中的零点能（ZPE）理论,当有两块不带电荷的互相平行的金属板,场的每个模式对每块板都产生一定的压强,这种已由实验证明其存在的力使两板靠近。在62年后的今天,Casimir力仍使人惊讶。由于Casimir效应的普遍性,物理学中多处用到这一概念。本文描述的理论与实验使对现象的认识得到深化。Casimir效应使真空能（或者说真空电磁场）的存在成为可观察的效应。在这里＂真空＂一词是指物理真空,而非工程技术的真空。但为了以更高精度测量金属表面之间的Casimir力,我们建议实验环境应按工程真空的要求安排,例如采用超高真空（UHV）。     

单轴晶体平板与各向同性介质平板间的Casimir力

在量子表面模式方法的基础上,计算单轴晶体平板与各向同性介质平板间的Casimir力.在延迟条件下,给出了两平板间Casimir力的解析表达式.此Casimir力的主要部分与两相同半无限大各向同性介质平板间Casimir力相同,附加项与单轴晶体光轴与x轴夹角的三角函数相关.     

填充比例因子对各向异性介质间Casimir力的影响

Casimir效应是一个可观测的宏观量子效应.研究了各向异性材料的填充比例因子f2对Casimir力大小和方向的影响.在f2=0.000 1时,由材料的介电常数和磁导率随着频率的变化曲线,得到Drude背景会对Ca-simir排斥力产生影响.在f2=0,0.000 1和0.001时,得到Casimir力的变化曲线,结果显示f2是抑制Casimir排斥力的.并且当f2很小时,Casimir力在较远距离处会重新回到吸引力,同时存在一个稳定的Casimir力平衡位置.     

不同边界下玻色爱因斯坦凝聚体杂质间的类Casimir力

在引入参数下研究了5种不同边界条件下一维理想玻色爱因斯坦凝聚体中杂质间的类Casimir力,给出了这些边界下类Casimir力的通式.发现类Casimir力随杂质间距离增大而衰减,力的性质因边界不同表现为吸引或排斥.这说明当改变杂质满足的边界条件时可以改变类Casimir力的性质.同时,类Casimir力随玻色子质量的变化趋势也与边界条件有关.     

论零点振动能与Casimir力

在真空中放置一对平行的金属板（间距很小）,两板会由于一个微弱（可测出）的力而有相互靠近的趋势。这种Casimir效应可用量子理论中的零点能（ZPE）解释。科学家们都认为Casimir力存在,但对其产生的原因却有不同看法。空虚空间是否具有能量,其答案或许将决定宇宙的命运。在自然界和人类实验室中,有许多异常现象可用Casimir效应及挠场理论作出说明。     

在周期边界条件下的类Casimir力

研究了在绝对零度下2个平行板之间周期边界条件下均匀稀释玻色爱因斯坦凝聚体中的类Casimir力,得到Bogoliubov色散关系的高阶修正项.计算中没有引入任何截断函数,获得了有限的结果.该结果有助于进一步了解玻色爱因斯坦凝聚体的物理机制,并且对Casimir效应和玻色-爱因斯坦凝聚的实验研究具有一定的参考价值.     

特异表面的异常折射特性研究

基于特异表面中各点的相位延迟精确可调的特性,设计了适用于太赫兹波段的特异表面,可用于实现光束传播方向的任意剪切和波前整形。对比研究了折射特性随入射光偏振态和相位分布不同而变化的规律,为实际应用提供了可靠的理论依据。     

基于一维特异材料的微带漏波空间扫描天线

介绍了一种工作在基模状态下的微带漏波天线.这种天线基于传输线结构,其传播常数由负值增加到正值,显现出一种随频率增加而具有的由后向辐射变为前向辐射的特性.通过实验,验证了基于一维特异材料的微带漏波天线的这种特性.     

活塞的Casimir效应研究

对Casimir效应研究的现状和最新成果进行了综述,指出一类新的模型Casimir活塞在纳米器件构造上潜在的应用可能性.     

几种简单结构内Casimir力的计算方法

阐述了零点能及Casimir力产生的理论依据,着重分析了两平行平面结构、矩形腔结构和两同心圆柱体结构内的零点能及Casimir力的计算方法,并对计算结果进行分析,讨论了在不同条件下零点能及Casimir力的不同表现．相同的计算方法下发现,Casimir力与微腔边界的形状有很大的关系,与几何尺寸成反比,是边界大小、几何形状和拓扑的函数,并且同外界的影响因素如温度、传导性等密切相关．它可以是引力也可为斥力,而且对于某些结构,它还可在引力和斥力间转换。     

Tunable left-handed metamaterial based on electrorheological fluids

A tunable left-handed metamaterial consisting of a periodic array of the left-handed dendritic structure units infiltrated with electrorheological fluids is demonstrated. Experimental results show that the passband can move from the original 8.50-10.60 GHz to 7.16- 8.39 GHz after electrorheological fluids are infused. When a dc （direct current） electric field of 666 V/mm is applied, the passband moves toward lower frequency of within 7.08-8.30 GHz. This method provides one convenient way to design adaptive metamaterials.     

D+1维时空中平行板内有限温度Casimir效应

利用采他函数正则化方法计算D+1维时空中平行板内电磁场的有限温度Casimir效应,得到自由能、熵和Casimir压力的解析表达式,并讨论高温和低温情形的极限结果.在D=3情况下,通过数学变换,可回到文献中利用格林函数正则化得到的结果.     

机电集成静电谐波微型传动系统的Casimir力和强迫响应

提出一种机电集成静电谐波微型传动系统。随着传动尺寸的减小,分子力的影响变大,应该予以考虑。本文给出了同时考虑静电力和Casimir力时机电集成静电谐波微型传动系统对于电压扰动的强迫响应方程。运用该方程,研究了Casimir力对系统强迫响应的影响规律。结果表明:Casimir力对于系统强迫响应具有重要影响,随着柔轮与定子间初始间隙的减小和电压的增大,Casimir力对系统强迫响应的影响变大。研究结果对于该种传动系统的进一步小型化具有指导意义。     

电磁场与物质耦合系统真空态和Casimir效应物理解释

采用一种简洁的方法讨论电磁场与物质耦合系统的能量本征态,在新的理论基础上给出关于Casimir效应物理根源的新的定性解释,采用类压缩态的假设找到了该耦合系统新的真空态,其能量比以往工作中量子力学二阶微扰方法给出的能量更低,该方法不仅适用于不同子体系间有弱相互作用的系数,给出系统能量更低的真空态,而且还能处理子体系间有较强相互作用的系统并给出其基态及能量的精确解析解,得出了对Casimir效应的物理解释,Casimir效应不是单纯来源于电磁场或物质的零点能的量子涨落,而是来源于电磁场与物质耦合系统真空态量子涨落,电磁场和物质对系统的真空态能量以及Casimir效应都有贡献。     

力素比对预应力混凝土复合受力构件强度及破坏形态的影响

构件的受力特征及承载力大小与许多因素有关,当构件其他内在因素不变时,力素比对构件的强度及破坏形态有很大影响。以预应力混凝土构件在弯、剪、扭复合受力下的板-桁模型理论为基础,按照力的平衡、力矩平衡、变形协调及材料本构关系等建立了相应的计算方程及全过程分析程序。利用此方法分析了在小扭弯比情况下,不同力素比对复合受力构件强度及破坏形态的影响,经试验值和理论值对比符合情况较好。     

试论如何增强思想政治课教学的吸引力

学习兴趣是学生保持常久、稳定学习的内在动力.增强吸引力,说到底就是在思想政治课教学中如何调动学生学习积极性、激发学习兴趣的问题.这个问题是思想政治课教学中需要认真研究的问题,也是检验思想政治课教师教学思想和教学技能的重要方面.对此,要改变这种状况,教师从观念到方法上的改变和创新是关键.