p (PhysOrg.com) - Espera-se que as máquinas em nanoescala tenham ampla aplicação na indústria, energia, a medicina e outros campos podem algum dia operar com muito mais eficiência graças a importantes descobertas teóricas sobre a manipulação das famosas forças de Casimir que ocorreram no Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA. p A pesquisa inovadora, conduzido por meio de simulações matemáticas, revelou a possibilidade de uma nova classe de materiais capazes de exercer uma força repulsiva quando colocados muito próximos uns dos outros. A força repulsiva, que aproveita um fenômeno quântico conhecido como efeito Casimir, pode algum dia permitir que máquinas em nanoescala superem o atrito mecânico.

p Embora as forças de atrito em ambientes em nanoescala sejam pequenas, eles inibem significativamente a função dos minúsculos dispositivos projetados para operar naquele reino, explicou Costas Soukoulis, um físico sênior do Ames Lab e distinto professor de física na Iowa State University, quem liderou o esforço de pesquisa.

p Soukoulis e seus companheiros, incluindo o cientista assistente do Ames Laboratory Thomas Koschny, foram os primeiros a estudar o uso de materiais exóticos conhecidos como metamateriais quirais como forma de aproveitar o efeito Casimir. Seus esforços demonstraram que é realmente possível manipular a força Casimir. As descobertas foram publicadas no dia 4 de setembro, Edição de 2009 de Cartas de revisão física , em um artigo intitulado, "Força repulsiva de Casimir em metamateriais quirais."

p Compreender a importância de sua descoberta requer uma compreensão básica do efeito Casimir e da natureza única dos metamateriais quirais.

p O efeito Casimir foi nomeado após o físico holandês Hendrik Casimir, que postulou sua existência em 1948. Usando a teoria quântica, Casimir previu que a energia deveria existir mesmo no vácuo, que podem dar origem a forças que atuam sobre os corpos colocados em proximidade uns dos outros. Para o caso simples de duas placas paralelas, ele postulou que a densidade de energia dentro da lacuna deve diminuir à medida que o tamanho da lacuna diminui, também significando que o trabalho deve ser feito para separar as placas. Alternativamente, pode-se dizer que existe uma força atrativa que empurra as placas para mais perto uma da outra.

p As forças de Casimir observadas experimentalmente na natureza quase sempre foram atraentes e tornaram as máquinas em nano e microescala inoperantes, fazendo com que suas partes móveis se grudassem permanentemente. Esse é um problema antigo que os cientistas que trabalham com esses dispositivos têm dificuldade para superar.

p Notavelmente, esta nova descoberta demonstra que um efeito Casimir repulsivo é possível usando metamateriais quirais. Os materiais quirais compartilham uma característica interessante:sua estrutura molecular os impede de serem sobrepostos a uma cópia reversa de si mesmos, da mesma forma, uma mão humana não pode caber perfeitamente sobre uma imagem reversa de si mesma. Os materiais quirais são bastante comuns na natureza. A molécula de açúcar (sacarose) é um exemplo. Contudo, os materiais quirais naturais são incapazes de produzir um efeito Casimir repulsivo que seja forte o suficiente para ser útil.

p Por essa razão, o grupo voltou sua atenção para metamateriais quirais, assim chamados porque eles não existem na natureza e, em vez disso, devem ser feitos no laboratório. O fato de serem artificiais lhes dá uma vantagem única, comentou Koschny. "Com materiais naturais, você tem que pegar o que a natureza lhe dá; com metamateriais, você pode criar um material que atenda exatamente às suas necessidades, " ele disse.

p Os metamateriais quirais em que os pesquisadores se concentraram têm uma estrutura geométrica única que lhes permitiu mudar a natureza das ondas de energia, tais como aqueles localizados na lacuna entre as duas placas posicionadas próximas, fazendo com que essas ondas exerçam uma força repulsiva de Casimir.

p O presente estudo foi realizado por meio de simulações matemáticas devido às dificuldades envolvidas na fabricação desses materiais com técnicas litográficas de semicondutores. Embora mais trabalho precise ser feito para determinar se os materiais quirais podem induzir uma força repulsiva de Casimir forte o suficiente para superar o atrito em dispositivos em nanoescala, aplicações práticas do efeito Casimir já estão sendo estudadas em outras instalações do DOE, incluindo os laboratórios nacionais de Los Alamos e Sandia. Ambos expressaram considerável interesse em usar os metamateriais quirais projetados no Laboratório Ames para fabricar novas estruturas e reduzir a força atrativa de Casimir, e possivelmente para obter uma força repulsiva de Casimir.

p Fonte:Laboratório Ames (notícias:web)