本文關(guān)鍵詞：納米間距Casimir效應(yīng)的研究

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【摘要】：1948年,H.B.G.Casimir預(yù)言了真空中兩個(gè)不帶電導(dǎo)體間存在相互作用力,該效應(yīng)后被稱為Casimir效應(yīng)。Casimir效應(yīng)是一種宏觀量子效應(yīng),其在量子場(chǎng)論、引力與宇宙學(xué)、原子分子物理、凝聚態(tài)物理和微納機(jī)械系統(tǒng)方面都起著重要的作用。當(dāng)Lamoreaux第一次在實(shí)驗(yàn)上精確地測(cè)量出Casimir力的存在后,科學(xué)家們開始在亞微米間距下對(duì)不同材料、不同形狀、不同溫度下的Casimir效應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),并取得了眾多進(jìn)展。隨著微型機(jī)械器件的尺寸與相關(guān)間距縮小到納米量級(jí),Casimir效應(yīng)占主導(dǎo)作用并影響到器件的性能,因此,進(jìn)行納米間距Casimir效應(yīng)研究十分必要。此外,納米間距的Casimir效應(yīng)研究結(jié)果還可應(yīng)用于對(duì)納米間距非牛頓引力的檢驗(yàn)。本論文使用調(diào)頻原子力顯微鏡(Frequency Modulation Atomic Force Microscope,簡(jiǎn)稱FM-AFM),在液氮溫度下檢測(cè)金球與鍍金平面之間Casimir力的梯度。為了進(jìn)行100nm以下間距的測(cè)量,我們選擇了彈性系數(shù)較大的q Plus探針作為力傳感器。由于Casimir力是兩導(dǎo)體表面間的相互作用,因此Casimir力的精確測(cè)量對(duì)樣品表面的平整度及表面清潔度提出了很高的要求�；谝陨显�,我們?cè)诟哒婵窄h(huán)境中,在單晶硅片上用熱蒸發(fā)的方法鍍上金膜作為吸引質(zhì)量表面。蒸鍍后的硅片直接從制備室(PREP腔)傳入測(cè)量室(SPM腔)避免暴露在空氣中被污染。本論文初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在最小間距(20nm),實(shí)驗(yàn)相對(duì)精度大約為4.5%(95%置信水平)。根據(jù)我們最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在25nm~64nm間距范圍,實(shí)驗(yàn)值與Drude模型計(jì)算值相對(duì)偏差小于10%,而與Plasma模型的相對(duì)偏差在8.6%~61.2%,該偏差可能來源于實(shí)驗(yàn)中存在未被評(píng)估的其他誤差。本論文工作將為下一步設(shè)計(jì)一個(gè)高精度的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)提供了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：Casimir效應(yīng) 原子力顯微鏡 Lifshitz理論
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH742
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-17
• 1.1 Casimir效應(yīng)8-9
• 1.2 Casimir實(shí)驗(yàn)進(jìn)展9-14
• 1.3 本論文研究目的及意義14-16
• 1.4 碩士期間主要工作16-17
• 2 Casimir 實(shí)驗(yàn)方案與裝置17-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原理17-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝置20-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)步驟25-28
• 3 數(shù)據(jù)處理與誤差分析28-42
• 3.1 頻率改變量隨電壓變化曲線的數(shù)據(jù)處理28-32
• 3.2 誤差分析32-42
• 3.2.1 壓強(qiáng)的誤差分析32-35
• 3.2.2 間距的誤差分析35-36
• 3.2.3 壓電陶瓷管系數(shù)的標(biāo)定36-42
• 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論42-56
• 4.1 計(jì)算Casimir壓強(qiáng)——Lifshits公式43-46
• 4.1.1 用Drude模型計(jì)算Casimir壓強(qiáng)44-45
• 4.1.2 用Plasma模型計(jì)算Casimir壓強(qiáng)45-46
• 4.1.3 用Impedance模型計(jì)算Casimir壓強(qiáng)46
• 4.2 表面粗糙度修正46-49
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論49-56
• 5 總結(jié)與展望56-58
• 致謝58-60
• 參考文獻(xiàn)60-62

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本文編號(hào)：1096022