La force de Casimir : une sensibilité à la nanostructuration des surfaces

10 mars 2009

Nanomatériaux , Quantique , LKB - UMR 8552 , Théorie , Vide

Deux surfaces placées en vis-à-vis s’attirent l’une et l’autre. Cette force, qui résulte des fluctuations quantiques présentes même dans le vide le plus parfait, a été prédite il y a cinquante ans par le physicien hollandais Hendrick Casimir. Considérée longtemps comme une curiosité théorique, la force de Casimir suscite aujourd’hui un grand intérêt : les développements de l’expérimentation permettent de la mesurer avec une grande précision, et surtout, les physiciens expérimentateurs ont réalisé que cette force affecte le fonctionnement des nanomachines. Le challenge pour les théoriciens est de calculer cette force dans des géométries réalistes et de déterminer s’il est possible de modifier cette force. Un pas dans cette étape a été franchi par Valery Marachevsky et Astrid Lambrecht du Laboratoire Kastler Brossel. Ils ont montré que la force de Casimir est très sensible à la forme des objets placés en vis-à-vis et dépend en particulier de la nanostructuration de leurs surfaces. Cette versatilité de la force de Casimir pourrait s’avérer très intéressante pour la conception de nanomachines.

La force de Casimir dépend de façon cruciale des propriétés des surfaces, comme par exemple leur réflectivité. Mais jusqu’à peu elle a été seulement étudiée dans la géométrie la plus simple consistant de deux plaques parallèle. Pour d’autres configurations, une approximation simple, appelée approximation de proximité, est habituellement utilisée. Cette approximation donne des résultats corrects pour évaluer par exemple la force de Casimir entre une plaque et une sphère. Toutefois, dès que les surfaces sont nanostructurées, la modification de la réflexion des ondes électromagnétiques par les surfaces est affectée considérablement et les méthodes habituelles de calcul donnent des résultats erronés. La méthode développée par Valery Marachevsky et Astrid Lambrecht permet de prendre en compte cette modification de la réflexion. Ces résultats expliquent une expérience récente effectuée par Ho Bun Chan à l’Université de Floride, qui a mesuré la force de Casimir entre des surfaces de Silice nanostructurées et une sphère en or.

En savoir plus

Casimir interaction of dielectric gratings, Astrid Lambrecht and Valery N. Marachevsky, Phys. Rev. Lett. 101, 160403 (2008)

Auteurs

Astrid Lambrecht (chercheur CNRS) et Valery N. Marachevsky (Post-doc CNRS - Institute of Physics, St Petersburg State University, Russia)

Contact

Astrid Lambrecht, directrice de recherche, lambrecht spectro.jussieu.fr

Contact INP

Jean-Michel Courty, jean-michel.courty cnrs-dir.fr
Karine Penalba, karine.penalba cnrs-dir.fr

Informations complémentaires

Laboratoire Kastler Brossel (LKB), Unité Mixte de Recherche 8552 :

Site du laboratoire : http://www.lkb.ens.fr/

Institute of Physics, St Petersburg State University : http://www.niif.spbu.ru/index_en.html