Nanotecnologia

Força de Casimir pode ser vencida

Força de Casimir pode ser vencida
A Força de Casimir foi desafiada usando uma esfera e uma placa metálica com ranhuras. O que se descobriu foi chamado pelos pesquisadores de um "território novo". [Imagem: D. Lopez/Argonne]

Força de Casimir

Você pode andar o dia todo pela cidade, passando a poucos centímetros de milhares de outras pessoas, sem nunca tocá-las.

No máximo acontecerão alguns esbarrões, mas você continuará seu caminho sem maiores problemas.

Mas se você e o resto da multidão fossem objetos em nanoescala, as leis da mecânica quântica não permitiriam que vocês se ignorassem.

Graças ao Efeito Casimir, você ficaria imediatamente grudado em qualquer outra "nano-pessoa" que passasse perto o suficiente de você - e haja força para separá-los.

Esse é o terror dos engenheiros que trabalham com máquinas ultraminiaturizadas, como os MEMS (sistemas microeletromecânicos), NEMS (sistemas nanoeletromecânicos) e micro e Nano Robôs. Quando ficam pequenas demais, as peças grudam umas nas outras ou se deterioram rapidamente por um atrito muito maior do que aquele que ocorre em escala macro.

Mas talvez haja uma saída: um grupo internacional de pesquisadores observou que é possível controlar esse "efeito grudento" controlando a superfície das micro e nano-peças.

Contudo, como geralmente acontece com os fenômenos quânticos, o trabalho levanta tantas novas questões quanto aquelas que ele responde.

Força do vácuo quântico

A base da descoberta é o fato de que, para a mecânica quântico, o espaço - nem mesmo o "espaço exterior", aquele entre planetas e estrelas - não é vazio, ele é repleto de flutuações quânticas, incluindo partículas virtuais e campos eletromagnéticos que aparecem de lugar nenhum e desaparecem com a mesma velocidade com que surgiram - se isso parece estranho, cumprimentem sua excelência, o vácuo quântico.

Essa energia, no entanto, não parece ser capaz de se "encaixar" no espaço submicrométrico entre duas peças que se aproximam demais. A maior energia do lado de fora resulta em uma espécie de "pressão" - esta é a chamada Força de Casimir - que é poderosa o suficiente para juntar os contatos e fazê-los grudar um no outro como se fossem ímãs extremamente fortes.

O que os pesquisadores se deram conta é que a teoria que descreve a força de Casimir só envolvia superfícies planas. Eles então decidiram testar o que aconteceria se as duas superfícies tivessem rugosidades também em nanoescala.

Força de Casimir pode ser vencida
Agora os pesquisadores querem descobrir a geometria das ranhuras que podem oferecer os maiores ganhos. [Imagem: Francesco Intravaia et al./NatComm]

Vencendo a Força de Casimir

Dizer que a teoria sobre a Força de Casimir sucumbiu seria simplista demais - o que os pesquisadores descobriram é mais complicado do que isso.

Quando aumentaram a distância entre a superfície de uma nanoesfera e a superfície de uma placa sulcada, eles descobriram que a atração de Casimir diminui muito mais rapidamente do que o previsto.

Quando distanciaram a esfera, a força decresceu por um fator de dois abaixo do valor teoricamente previsto.

Finalmente, quando a superfície da esfera foi aproximada dos topos das ranhuras na placa, a atração por unidade de superfície aumentou de novo.

Essas variações abrem a interessante possibilidade de manipular e controlar a força de Casimir criando ranhuras na superfície das peças dos mecanismos miniaturizados.

Para isso, os pesquisadores planejam novos experimentos, para verificar os efeitos de diversos tipos de ranhuras, o que, de resto, poderá ajudá-los a criar uma nova teoria da "força de Casimir estendida", que possa explicar esses efeitos variáveis.

"A teoria dá conta do aumento da atração, mas não consegue explicar o enfraquecimento muito rápido da força quando aumenta a separação. Este é um território novo, e a comunidade dos físicos precisa criar um novo modelo para descrevê-lo," disse Vladimir Aksyuk, do Laboratório Nacional de Metrologia e Padronização dos Estados Unidos.

Bibliografia:

Strong Casimir force reduction through metallic surface nanostructuring
Francesco Intravaia, Stephan Koev, Il Woong Jung, A. Alec Talin, Paul S. Davids, Ricardo S. Decca, Vladimir A. Aksyuk, Diego A. R. Dalvit, Daniel López
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 2515
DOI: 10.1038/ncomms3515




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