【摘要】：Casimir效應(yīng)是量子真空場的非平凡性質(zhì)最直接可觀察的重要效應(yīng)之一,Casimir相互作用是對于所有宏觀物體形成真空漲落電磁場空間邊界的情況下具有普遍性的作用力。在納米技術(shù)中,Casimir效應(yīng)不僅可提供靜摩擦,而且還被作為微機(jī)電裝置致動的潛在機(jī)制。雖然Casimir力為納米技術(shù)提供了新的可能性,但也帶來了一些挑戰(zhàn),因?yàn)槲㈦娮訖C(jī)械和納米機(jī)電系統(tǒng)器件可能會因吸引性Casimir力粘在一起而停止工作,因此近些年來排斥性Casimir力廣泛收到人們關(guān)注。此外,人們發(fā)現(xiàn)在由兩個(gè)具有平面內(nèi)光學(xué)各向異性的平板形成的系統(tǒng)中,可能產(chǎn)生Casimir機(jī)械扭力,迫使平板朝著最小化零點(diǎn)的位置旋轉(zhuǎn)。近年來,光學(xué)或電磁各向異性材料受到普遍關(guān)注和研究。其中,鐵氧體作為具有磁性的陶瓷晶體材料,在外場作用下呈現(xiàn)強(qiáng)磁各向異性。這類特性使其在數(shù)字計(jì)算機(jī)的存儲核心中很有用,因?yàn)槲⑿¤F氧體環(huán)能夠存儲二進(jìn)制信息。此外,具有不尋常電磁響應(yīng)張量的各向異性新型超構(gòu)材料在近年來也引起了人們的極大關(guān)注,雙曲超材料可以實(shí)現(xiàn)超越傳統(tǒng)設(shè)備的波導(dǎo)、成像、傳感等器件。本論文對于包含這些各向異性材料的三明治結(jié)構(gòu)系統(tǒng),研究了其Casimir作用力和扭力特性,具體的研究工作如下:利用傳輸矩陣法計(jì)算了各向異性材料多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的反射系數(shù)矩陣。對于單軸各向異性材料光軸垂直界面的情況,整個(gè)系統(tǒng)對于各方向電磁波模式的反射透射響應(yīng)是一致的;而對于單軸各向異性材料光軸位于界面以及雙軸各向異性材料的情況較為復(fù)雜,因?yàn)橄到y(tǒng)中的電磁波模式依賴于其傳播方向與光軸的夾角。在這兩種情況下,利用麥克斯韋方程分別求得了材料平板層的傳輸矩陣表達(dá)式。基于上述推導(dǎo)結(jié)果,計(jì)算并分析了各向異性鐵氧體三明治結(jié)構(gòu)間的Casimir排斥力和回復(fù)力。討論外靜磁場的強(qiáng)度變化和外靜磁場的方向?qū)υ撊髦谓Y(jié)構(gòu)中Casimir效應(yīng)的影響。最終通過調(diào)控外靜磁場來得到中間板的穩(wěn)定平衡,獲得三明治結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系統(tǒng)。然后研究了含各向異性鐵氧體材料的三明治結(jié)構(gòu)間的Casimir旋轉(zhuǎn)扭力。首先從能量的角度對Casimir扭力進(jìn)行計(jì)算。對影響扭力的影響因素進(jìn)行分析,進(jìn)而可以通過對中間板位置和外加靜磁場強(qiáng)度來控制中間板的制動,使中間板啟動并且可以控制轉(zhuǎn)動速率。最后考察了各向異性雙曲超材料兩板以及三明治結(jié)構(gòu)間的Casimir旋轉(zhuǎn)扭力。由ε-HMM/μ-HMM/ε-HMM三層板組成的三明治結(jié)構(gòu)中,各板光軸之間的夾角,填充因子以及中間板的位置,都會使Casimir扭力變化,本論文對這些現(xiàn)象一一進(jìn)行了解釋論述,這些工作為獲得穩(wěn)定的亞微米結(jié)構(gòu)提供了理論條件。
【圖文】：

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本文編號：2677271