含特殊光學(xué)材料三明治結(jié)構(gòu)間Casimir力的研究.pdf

1、Casimir效應(yīng)是真空漲落引起的宏觀量子效應(yīng)，它是量子力學(xué)史上一個(gè)經(jīng)典的預(yù)測。在近期高速發(fā)展的微納米機(jī)械系統(tǒng)中，Casimir吸引力會(huì)造成微納米機(jī)械器件的黏合，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。所以最近人們聚焦于開發(fā)Casimir排斥力及回復(fù)力產(chǎn)生的可能性。近年來，隨著特異材料(Metamaterials)和磁光材料(Magneto-optical materials)發(fā)展，人們已經(jīng)具備了在特定電磁波段尤其是光頻段制備強(qiáng)磁性材料的能力，因此將

2、這些特殊的光學(xué)材料充當(dāng)邊界材料，有可能會(huì)產(chǎn)生排斥性的Casimir作用力。本文通過將兩類特殊的光學(xué)材料（特異材料和磁光材料）插入到一般的雙層結(jié)構(gòu)中從而構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，著重研究了此兩類三明治結(jié)構(gòu)間的Casimir作用力以及如何產(chǎn)生Casimir排斥力和回復(fù)力，具體的研究工作如下：
　　首先,在實(shí)際介質(zhì)平板間Casimir作用力的計(jì)算方法基礎(chǔ)上,采用Lifshiftz理論和Maxwell應(yīng)力張量法，推導(dǎo)得出包含特異材料的介質(zhì)平面板間C

3、asimir作用力的計(jì)算公式。然而Casimir力的計(jì)算表達(dá)式中，涉及到材料板的反射系數(shù)的計(jì)算，關(guān)于這個(gè)問題，我們推導(dǎo)出了三維空間電磁模式的傳輸矩陣，并利用傳輸矩陣法計(jì)算出了三明治結(jié)構(gòu)間的反射系數(shù),最終得到了有利于數(shù)值計(jì)算的三明治結(jié)構(gòu)間Casimir作用力的計(jì)算表達(dá)式。
　　其次，研究了含色散特異材料三明治結(jié)構(gòu)間的Casimir效應(yīng)。我們具體分析了特異材料板的磁等離子頻率、磁共振頻率以及電介質(zhì)板基底的介電常數(shù)等參數(shù)對Casimir

4、作用力大小和方向的影響。結(jié)果表明，隨著的磁等離子頻率增大、磁共振頻率的減小以及電介質(zhì)板基底的介電常數(shù)的減小，三明治結(jié)構(gòu)隨著板間距的變化能產(chǎn)生強(qiáng)的Casimir排斥力。此外，我們還研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)板間距進(jìn)一步增大時(shí)，通過調(diào)控特異材料板的填充比例因子和厚度的大小，可以使三明治結(jié)構(gòu)隨板間距的變化表現(xiàn)出Casimir平衡回復(fù)力。
　　最后，還研究了含磁光材料三明治結(jié)構(gòu)的Casimir效應(yīng)。研究表明，通過在兩塊板結(jié)構(gòu)間插入磁光材料板后，可以使原