MIT bereikt doorbraak in kwantummechanica

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben mogelijk een doorbraak bereikt in de ontwikkeling van nanocomputers.

Het MIT-team heeft naar eigen zeggen een methode ontwikkeld om de aantrekkingskrachten die zich voordoen tussen metalen voorwerpen op nanoschaal te kunnen detecteren. Met de aanhoudende miniaturisering van computers is deze kwantumeigenschap van metaal een groot struikelblok.

Het Casimir-effect, zo heet het verschijnsel, werd in 1948 voor het eerst voorspeld door de Nederlandse natuurkundigen Hendrik Casimir en Dirk Polder. Het duo kon uit wiskundige berekeningen het bestaan van uiterst complexe aantrekkingskrachten tussen twee metalen voorwerpen afleiden.

MEMS
Sinds kort bezorgt deze eigenschap wetenschappers kopzorgen bij het onderzoek naar micro-elektromechanische machines, kortweg MEMS. Bewegende onderdelen van deze minuscule machines plakken door het Casimir-effect aan elkaar, wat de foutscore - en dus ook de kosten – verhoogt.

Smartphones
Een voorbeeld van een MEMS is de accelerometer waarmee de meeste smartphones momenteel zijn uitgerust. Ook de microspiegels die in digitale projectoren gebruikt worden vallen onder deze noemer.

Het MIT beweert nu een formule ontwikkeld te hebben waarmee het Casimir-effect tussen oneindig veel objecten met verschillende vormen berekend kan worden. De methode van fysica-doctorandi Alexander McCauley en Alejandro Rodriguez wordt deze week beschreven in het vakblad Proceedings of the National Academies of Sciences.

Schaalmodel
De wetenschappers slaagden erin de Casimir-krachten die tussen metalen objecten aanwezig zijn op 100 nanometer afstand, na te bootsen met objecten die 100.000 maal zo groot en even zo ver van elkaar verwijderd zijn.

Hiervoor registreerden ze op verschillende punten de kracht van een elektromagnetisch veld dat gerealiseerd werd in een geleidende vloeistof rond de uitvergrote schaalmodellen. In hun paper tonen McCauley en Rodriguez de overeenkomst tussen deze data en de werkelijke Casimirkrachten wiskundig aan.

Afstoten
Met deze methode slaagden ze erin kleine objecten zo tegenover elkaar te positioneren dat de Casimir-krachten elkaar afstoten in plaats van aantrekken. Voor de productie van MEMS betekent dit een grote doorbraak.