Kiralite
Kiral Materyallerdeki İtici Casimir Kuvveti

Doğada gözlemlenebilen Casimir kuvvetlerinin hemen hemen tamamı çekici ve nano ve micro boyuttaki sistem parçalarının birbirine yapışmasını sağlayarak bu sistemleri işlemez hali getirici niteliktedir. Bu araştırmacıların uzun zamandır çözmeye çalıştıkları bir problemdi. U.S. Department of Energy's Ames Laboratory. de Casimir kuvvetlerini manipüle etme konusunda yapılan teorik buluşlardan sonra artık gelecekte nano boyuttaki makineler enerji sağlık ve endüstri gibi geniş bir kullanım alanına sahip olabilecek. Matematiksel simülasyonlarla yapılan temel sarsıcı araştırma, birbirlerine aşırı derecede yaklaştırıldıklarında, birbirlerine itici bir kuvvet uygulayabilecekleri olasılığını gözler önüne serdi. Bu Casimir kuvvetini kullanan itici kuvvet, bir gün nano boyuttaki makinelerin içinde meydana gelen sürtünmenin üstesinden gelebilir.
Ames Lab. ında bir fizikçi ve Iowa State University de bir professor olan Costas Soukoluis, nano boyuttaki sürtünme kuvvetleri çok küçük olmasına karşın, bu boyutta çalışması için tasarlanan aletlerin çalışmasını önemli ölçüde engeller, şeklinde açıklıyor. Ames Lab. asistanı Thomas Koschny de dahil olmak üzere Soukoluis ve takım arkadaşları Casimir efektini kullanmak için kiral meta malzemeleri kullanan ilk kişiler oldular. Onların çalışmaları aslında Casimir kuvvetlerini manipüle etmenin mümkün olduğunu gösterdi.
Bulgular Physical Rewiew Letters'ın 4 Eylül 2009 sayısında ‘’Kiral metamateryallerdeki itici Casimir kuvveti’’ başlığı altında yayınlandı. Bu çalışmanın önemini anlamak, kiral malzemelerin eşsiz yapısını ve Casimir kuvvetlerini anlamayı gerektiriyor. İsmini Hollandalı fizikçi Hendrik Casimir den alan Casimir kuvvetleri ilk olarak 1948 de keşfedildi. Casimir, quantum mekaniğini kullanarak enerjinin boşlukta dahi varolması gerektiğini öngördü ki bu da birbirine çok yaklaştırılan cisimler arasında doğabilecek kuvvetlere neden oluyor. En basit haliyle iki paralel levha için, Casimir bu levhalar arasındaki açıklık azaldıkça aralarındaki enerji yoğunluğunun da azalması gerektiğini öne sürdü ki bu aynı zamanda bu levhaları birbirlerinden ayırmak için bir iş yapılması gerektiği anlamına gelir. Bir başka deyişle bu levhaları birbirlerine doğru çeken çekici bir kuvvetin varlığından söz edilebilir. Doğada gözlemlenen Casimir kuvvetleri neredeyse her zaman çekici niteliğe sahip olduklarından nano boyuttaki makinelerin parçalarının birbirlerine yapışmasına yol açarak onların çalışmasını olanaksız hale getirir. Bu bilim adamlarının uzun süredir üzerinden gelmeye çalıştıkları bir problemdi. Bu yeni buluş aslında gösterdi ki kiral meta malzemeleri kullanarak itici bir casimir kuvveti üretebilmek aslında mümkün. Kiral malzemelerin ortak bir özelliği vardır: bu malzemelerin moleküler yapısı onların ters kopyalarıyla üst üste gelmesini engeller, tıpkı insan eli gibi. Bu malzemelere doğada sık rastlanılır. Şeker bunlara bir örnektir. Öte yandan doğal kiral malzemeler pratik bağlamda yeteri kadar güçlü bir itici Casimir kuvveti oluşturamazlar. Bu sebepten dolayı, araştrıma grupları dikkatini kiral meta materyaller üzerine yoğunlaştırmıştır. Bu şekilde adlandırılmalarının nedeni doğada bulunmamalarıdır. Yapay olmaları onlara eşsiz bir avantaj veriyor, diyor Kochny ve ekliyor: Doğal malzemeleri kullandığınızda sadece doğanın size verdikleriyle yetinmek zorunda kalırsınız, yapay malzemeleri kullandığınızda ise tam olarak ihtiyaçlarınızı karşılayacak bir malzeme yaratabilirsiniz.’ Araştırmacıların üzerinde odaklandıkları kiral materyaller enerji dalgalarının doğasını değiştirebilecek eşsiz bir geometrik yapıya sahiptir. Şu anki çalışma, bu Metamateryalleri yarı iletken litografik teknikler kullanarak üretmenin getirdiği zorluklardan dolayı şu an matematiksel simülasyonlarla sürdürülüyor. Bu Metamateryallerin pratik anlamda sürtünme kuvvetini engelleyebilecek kadar güçlü casimir kuvveti üretip üretemeyeceği üzerine henüz daha çalışma yapılması gerekirken, casimir kuvvetinin pratik uygulamaları Los Alamos ve Sandia laboratuvarları gibi DOE tesislerinde yakın araştırma altına tutulmuş durumda.
Şablon:DoEfrom Ames Laboratory6 Eylül 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.