Nuovi calcoli mostrano che l'influenza degli effetti quantistici sulle condizioni operative dei nanodispositivi ha, fino ad ora, stato sopravvalutato.
Dispositivi micro e nanoelettromeccanici, denominati MEMS e NEMS, sono onnipresenti. Queste macchine su scala nanometrica con parti mobili vengono utilizzate, Per esempio, per attivare gli airbag delle auto a seguito di un urto. Si trovano anche negli smartphone, consentendo loro di rilevare come visualizzare adeguatamente lo schermo per lo spettatore.
Il guaio è che, man mano che le loro dimensioni diminuiscono, le forze tipicamente sperimentate a livello quantistico iniziano ad avere importanza in questi nanodispositivi. I fisici messicani hanno studiato la stabilità meccanica ed elettrica di MEMS e NEMS, a seconda dello spessore della lamiera e della natura del materiale utilizzato. I risultati sono stati ora pubblicati in EPJ SI di Raul Esquivel-Sirvent e Rafael Perez-Pascual dell'Università Nazionale Autonoma del Messico, a Città del Messico.
Le forze di origine quantistica diventano importanti alla scala di questi dispositivi si restringe; questo è particolarmente vero per la cosiddetta forza di Casimir. Questa forza porta alle interazioni di van der Waals, che rappresentano la somma di tutte le interazioni intramolecolari. Questi includono attrazioni e repulsioni tra atomi, molecole, e superfici, così come altre forze intermolecolari, e sono causati da correlazioni nelle polarizzazioni fluttuanti delle particelle vicine.
Per studiare la stabilità dei nanodispositivi, Esquivel-Sirvent e il suo collega hanno usato il calcolo classico della forza di Casimir, denominata formula di Lifshitz, combinato con la teoria della stabilità delle macchine su micro e nanoscala.
In questo studio, gli autori mostrano che lavori precedenti hanno sovrastimato le condizioni operative dei dispositivi non tenendo conto di questo effetto Casimir/van der Waals.
Inoltre, dimostrano che la stabilità di questi dispositivi sotto la forza di Casimir cambia a seconda della natura e dello spessore dei rivestimenti metallici utilizzati. Dipende anche dalla variazione di concentrazione delle cariche libere nel silicio utilizzato, che cambia con i livelli di doping.
