Группа физиков из США, Китая и Греции провела расчет эффекта Казимира в случае хиральных метаматериалов и выяснила, что последние могут отталкиваться друг от друга при сближении на малые расстояния.

Эффект Казимира заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных объектов, помещенных в вакуум. На макроскопических расстояниях сила притяжения не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на поведение объектов, однако разработчикам наноэлектромеханических систем приходится считаться с тем, что крошечные элементы этих устройств могут «склеиваться».

В 1956 году советский физик Евгений Михайлович Лифшиц показал, что эффект Казимира следует считать одним из проявлений сил Ван-дер-Ваальса. Результаты теоретических расчетов ученого также говорили о возможности существования обратного эффекта: если зазор между объектами заполнить специально подобранным веществом, притяжение должно смениться отталкиванием. В 2008 году отталкивание было зафиксировано экспериментально (см. статью в журнале Nature).

В рамках новой работы, которая, правда, носила теоретический характер, ученые моделировали поведение метаматериалов на компьютере. Дело в том, что практическое производство подобных структур из полупроводников пока находится в зачаточном состоянии.

Различные варианты структур, подходящих для наблюдения отталкивания (иллюстрация авторов работы)

Авторы рассматриваемой работы пытались выяснить, можно ли наблюдать отталкивание в вакууме при использовании метаматериалов. Различные наборы достижимых на практике характеристик «обычных» метаматериалов не давали нужного эффекта; тогда ученые обратились к так называемым хиральным метаматериалам — объектам, которые обладают следующим свойством: никакими сдвигами и поворотами их нельзя совместить со своими зеркальными изображениями. Примером подобных несовместимых объектов могут служить руки человека – правую ладонь нельзя повернуть так, чтобы она выглядела так же как и левая. Идея оказалась плодотворной; исследователи доказали возможность появления силы отталкивания при взаимодействии таких объектов и рассмотрели различные их модификации, выбрав наиболее перспективные с практической точки зрения. Следует отметить, что смоделированные материалы имели вполне реалистичный вид зависимости магнитной и диэлектрической проницаемости от частоты.

Различные варианты структур, подходящих для наблюдения отталкивания (иллюстрация авторов работы)

Поскольку технология создания требуемых метаматериалов очень сложна, экспериментальную проверку расчетов авторы пока не проводили.

Полные версии отчетов ученых будут опубликованы в журналах Physical Review Letters и Physical Review B; препринты статей (первой и второй) можно скачать с сайта arXiv.