Thấu kính “hoàn hảo” có thể đảo ngược lực Casimir

Theo sự tính toán của các nhà vật lý ở UK thì lực hút Casimir bình thường giữa hai bề mặt có thể trở thành lực đẩy nếu một thấu kính “hoàn hảo” với hệ số khúc xạ âm được đặt giữa hai bản theo kiểu sandwich.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thấu kính “hoàn hảo” có thể đảo ngược lực Casimir Thấu kính “hoàn hảo” có thể đảo ngược lực Casimir Theo sự tính toán của các nhà vật lý ở UK thì lực hút Casimir bình thường giữa hai bề mặt có thể trở thành lực đẩy nếu một thấu kính “hoàn hảo” với hệ số khúc xạ âm được đặt giữa hai bảntheo kiểu sandwich. Ulf Leonhardt và Thomas Philbin của trường Đại Học StAndrews đã tính toán được rằng lực đẩy này thậm chí có thể đủ mạnh đểnâng một tấm gương cực nhỏ. Hiệu ứng đẩy này, đã được quan sát bằng thựcnghiệm, cũng có thể giúp giảm đến mức tối thiểu sự ma sát trong các thiết bịcó kích cỡ micromét gây ra bởi lực Casimir (New Journal of Physics ) Sự hút bí ẩn giữa hai bề mặt trung hòa, dẫn điện trong chân không được môtả lần đầu tiên vào năm 1984 bởi Henrik Casimir và không thể giải thích được bằngvật lý cổ điển. Thay vào đó nó là một hiệu ứng hoàn toàn mang tính chất lượng tửbao hàm các dao động điểm zero (zero–point oscillations) của trường điện từ xungquanh các bề mặt. Sự biến thiên này tạo nên một “áp suất bức xạ” (radiationpressure) trên các bề mặt và lực tổng hợp ở trong khe hở giữa hai bề mặt yếu hơncác nơi khác giúp kéo các bề mặt lại với nhau. Tuy lực Casimir rất nhỏ nhưng hiệuứng của nó sẽ trở nên có ý nghĩa ở khoảng cách micromét hoặc bé hơn và thực sựlàm cho các phần tử của hệ cơ điện tử micro và nano (MEMS và NEMS – micro- andnano-electromechanical systems) dính chặt lại với nhau.Hiện nay Leonhardt và Philbin đã tính toán được rằng lực Casimir giữa hai bảndẫn điện có thể chuyển từ lực hút sang lực đẩy nếu một thấu kính “hoàn hảo” đượcđặt theo kiểu sandwich giữa chúng. Một thấu kính hoàn hảo là thấu kính có thể tậptrung một hình ảnh với một độ phân giải không bị hạn chế bởi bước sóng của ánhsáng. Thấu kính như vậy có thể được làm từ vật liệu meta có các cấu trúc nhân tạovới hệ số khúc xạ âm, có nghĩa là vật liệu meta bẻ cong ánh sáng ngược với vật liệuthông thường.Theo các nhà nghiên cứu thì vật liệu meta với hệ số khúc xạ âm có thể thay đổi daođộng điểm zero trong khe hở giữa hai bề mặt và đảo chiều lực Casimir. Các nhànghiên cứu tin rằng lực đẩy này đủ lớn để nâng một gương nhôm có độ dày 500nm,làm cho nó lơ lửng.Bởi vì lực Casimir tác động trong các thiết bị có kích thước nano nên việc điềukhiển nó rất quan trọng trong công nghệ nano tương lai. “Trong thế giới nano lựcCasimir là nguyên nhân cơ bản của sự ma sát,” Leonhardt nói với Physics Web.“Kết quả của chúng tôi có nghĩa rằng chúng tôi bây giờ có thể nhìn thấy trongtưởng tượng các thiết bị không có ma sát hoặc các mô tơ có kích cỡ micro thế hệmới.”Trong khi các nhà vật lý đã đạt được một vài thành công trong việc chế tạo cácthấu kính hoàn hảo từ vật liệu meta thì công nghệ vẫn còn đang ở trong thời kỳ sơkhai. “Công trình hướng đến việc áp dụng các vật liệu hoàn toàn không có tính chấtquang học,” Federico Capasso tại trường Đại Học Harvard, người nghiên cứu hiệuứng của lực Casimir tác động lên MEMS đã phát biểu như vậy. “Tuy nhiên các vậtliệu không dễ chế tạo vì vậy các khái niệm cần phải mất vài năm nữa mới trở thànhhiện thực.” Ánh sáng truyền cong phá vỡ các quy luật Mọi người đều biết rằng ánh sáng truyền đi theo đường thẳng – điều đócó đúng không? Cách đây hai năm, các nhà vật lí đã phát hiện ra điều gì đó rấtkhác đối với những xung ánh sáng laser nhất định có một cực đại cường độmạnh nối tiếp với những cực đại khác nhỏ hơn. Phần sáng nhất trong cácxung “Airy” bất cân xứng này, họ nhận thấy, dường như đi theo một quỹ đạocong. Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa nhận thấy rằng các xung Airy cường độ đủmạnh có thể làm ion hóa các phân tử không khí xung quanh và tạo ra các dây tócplasma uốn cong. Hơn nữa, các xung Airy đó còn tương tác với không khí sao chocác xung liên tục hội tụ và vì thế có thể truyền đi những khoảng cách xa mà khôngbị phân tán.Ánh sáng trắng phát ra bởi các sợi tóc plasma có thể dùng để thực hiện các phépđo phổ từ xa của khí quyển – và bản thân hiệu ứng uốn cong có thể được khai tháctrong các loại sóng mang mới.Bẻ cong kiểu AiryHành trạng uốn cong của các xung Airy lần đầu tiên được phát hiện ra vào năm2007 bởi Demetrios Christodoulides và các cộng sự tại trường Đại học Florida. Sựgiao thoa giữa các cực đại làm cho cực đại cường độ xoay chuyển sang một hướng,còn những cực đại khác thì di chuyển theo hướng ngược lại. Mặc dù tổng độnglượng của xung truyền đi theo đường thẳng, nhưng phần sáng nhất của nó dườngnhư đi theo một quỹ đạo cong.Christodoulides và các cộng sự của ông nay đã lập đội với Pavel Polynkin và nhữngngười khác tại trường Đại học Arizona để tạo ra các “dây tóc” plasma uốn cong, sửdụng các xung Airy. Cái quan trọng cho sự thành công của họ, theo JeromeKasparian thuộc trường Đại học Geneva, người không tham gia trong nhóm, là khảnăng của họ - lần đầu tiên – tạo ra các xung Airy cường độ cực cao.Đội nghiên cứu đã bắt đầu với một xung laser hồng ngoại cường độ mạnh kéo dàikhoảng 35 fs. Xung laser hình bánh kếp ban đầu, xung đối xứng xung quanh hướngtruyền của nó, sau đó đi qua một “mặt nạ pha” và rồi một thấu kính, mang lại chonó hình dạng chữ V với một cực đại cường độ tại chóp đỉnh (xem hình). Xung Airynày sau đó truyền đi chừng 1m trong không khí đến một màn huỳnh quang, nơiánh sáng được phát hiện.Các dây tóc uốn congNgoài việc xác nhận các xung Aury cường độ cực mạnh dường như bị bẻ cong, cácxung laser đó còn tạo ra các dây tóc plasma uốn cong bởi việc làm ion hóa các phântử lân cận trong không khí.Mặc dù các nhà vật lí từ lâu đã biết rằng các xung laser đối xứng có khả năng tạo racác dây tóc như thế, nhưng quá trình đó tỏ ra rất khó nghiên cứu. Đây là vì cácxung laser đối xứng truyền cùng hướng với ánh sáng trắng phát ra bởi plasma màchúng tạo ra, nghĩa là bất kể dụng cụ nào cố gắng dò tìm ánh sáng này đều bị lóamắt hoặc thậm chí bị xung s ...