含特異材料平面結(jié)構(gòu)中的Casimir效應研究.pdf

1、Casimir效應是由邊界的存在引起的真空零點能變化產(chǎn)生的宏觀量子現(xiàn)象。隨著近年來納米技術(shù)的發(fā)展，這種由量子真空起伏效應而產(chǎn)生的力對系統(tǒng)的影響愈發(fā)明顯，而其重要的潛在實際應用如致動器也引起廣泛興趣。最近，一些具有奇異電磁特性的特異材料，包括左手性材料以及單負材料近來被實驗構(gòu)造合成。特異材料的介電常數(shù)、磁導率在某些頻段上同時為負或其中一個為負，但仍滿足Maxwell方程，進而引發(fā)了人們對這些新型材料的關(guān)注，更多可能的特殊應用也被提出。實際

2、的特異材料都是色散的，其色散關(guān)系中的特征頻率參量取值影響著材料的電磁性質(zhì)以及反射特性，所以特異材料的Casimir作用力強弱和方向也將受到影響。本論文對于包含特異材料的真空中平面結(jié)構(gòu)，研究了其Casimir效應的強弱調(diào)制以及吸引作用與排斥作用的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化，具體的研究工作如下：
　　將介質(zhì)材料板間Casimir作用力的計算拓展到涉及特異材料的情況。通過考察分析復頻率空間內(nèi)的含特異材料的介質(zhì)平面板間Casimir力被積函數(shù)的解析性質(zhì)，

3、根據(jù)實際的介質(zhì)平板間Casimir作用力的計算理論，推導得到包含特異材料的平面板間Casimir作用力的計算公式。
　　研究了左手性材料介質(zhì)板間的Casimir吸引效應。因果律要求左手性材料必須是色散的，即材料在一段頻帶上具有負的折射率。對于左手性材料中由Drude-Lorentz型色散關(guān)系描述的介電常數(shù)和磁導率，色散曲線中負值頻帶的曲線結(jié)構(gòu)由等離子體頻率、共振頻率和阻尼系數(shù)等各色散吸收參數(shù)所決定，其負值頻帶寬度和深度等性質(zhì)對應著

4、介質(zhì)材料板的反射特性，進而對兩板間的Casimir效應強弱起著重要的作用。在以不同因素影響反射特性的角度來解釋Casimir效應強弱的同時，可以將左手性材料介質(zhì)的折射率色散曲線的負值區(qū)域結(jié)構(gòu)特點與Casimir效應聯(lián)系起來，即折射率負值區(qū)域的寬度與深度越大所對應的是Casimir效應越強。而當材料的介電常數(shù)色散的負值區(qū)域與磁導率色散的負值區(qū)域逐漸錯開時，不易僅僅單純把負折射率頻帶區(qū)域的結(jié)構(gòu)與介質(zhì)板間Casimir效應相聯(lián)系，而要考慮到左

5、手性材料到單負材料的轉(zhuǎn)變和禁帶的影響。對左手性材料的板間Casimir效應與正常材料板間 Casimir效應做出了比較研究。相對于正常材料的板間Casimir效應，具有足夠?qū)挼呢撜凵漕l帶的左手性材料其板間Casimir效應會更強。
　　在涉及特異材料的情況下，研究了Casimir排斥效應的產(chǎn)生。隨著實驗技術(shù)的發(fā)展，Casimir吸引作用對微機械系統(tǒng)器件及設(shè)備產(chǎn)生限制，因而對 Casimir排斥效應的研究愈發(fā)引起人們的注意。排斥的C

6、asimir作用力只可能出現(xiàn)在兩不同平板的情況中，而通過考察正常材料與特異材料介質(zhì)的不同組合情況，我們發(fā)現(xiàn)板間媒質(zhì)阻抗的值介于兩板的阻抗之間且兩板阻抗比與板間媒質(zhì)的差異越大，Casimir排斥力越容易產(chǎn)生。進而可調(diào)節(jié)特異材料的色散參數(shù)以得到排斥的Casimir作用力。
　　對Casimir作用力的方向隨板間距的變化進行了研究，而且著重考察了一種排斥力與吸引力的轉(zhuǎn)化情況即Casimir平衡回復力的產(chǎn)生。在討論含特異材料的板間Casi