陳根：可調諧微腔，具有長期穩定性_風聞

文|陳根

卡西米爾效應（Casimir effect）是由荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾於1948年提出的一種現象。其根據量子場論的“真空不空”觀念——即使沒有物質存在的真空仍有能量漲落，而提出此效應**。**

卡西米爾效應在理解上，可以看為金屬導體或介電材料的存在改變了真空二次量子化後電磁場能量的期望值。這個值與導體和介電材料的形狀及位置相關，因此卡西米爾效應表現就成了與這些屬性相關的力。

例如，在亞微米尺度上，該效應導致的吸引力成為中性導體之間主要作用力。事實上在10納米間隙上（大概是一個原子尺度的100倍），卡西米爾效應能產生1個大氣壓的壓力（101.3千帕）。

**近日，查爾姆斯理工大學開發了一種微米尺度的自組裝方法，該方法基於水溶液中具有吸引力的卡西米爾力和帶電的金屬納米片之間產生的斥力的共同作用而實現。**其形成了一個自組裝的光學Fabry-Pérot微腔，在可見光範圍內具有基本模式（長程間隔約為100-200nm），以及可調的平衡構型。

此外，研究人員通過在微腔區域放置激子材料，實現了混合輕質態(極化)，其性質，如耦合強度和本徵態組成，可以通過溶液中配體分子的濃度和光壓來進行實時控制。而所開發的卡西米爾微腔有望用作各種應用的靈敏和可調諧的平台，包括光力學、納米機械和空腔誘導的極化化學等。

研究人員首先闡明瞭自組裝微腔設計的機制，即當兩個納米薄片在配體的水溶液中相互靠近時，它們之間會產生兩種類型的相互作用，二者的協同作用使得系統穩定均衡的存在。

其次，幾個系統測量的反射光譜顯示出明顯的拉比劈裂（Rabi splitting）。在對加載了幾層WSe2薄片的極化子微腔進行了相應的色散測量後，研究人員發現與ΩR≈110meV的拉比劈裂有明顯的反交叉，從而證明了系統處於強耦合區域。

此外，研究人員又使用調製激光對納米片施加壓力，在納米片靜態鏡結構中調製一個空的自組裝腔。隨着時間變化，具有約1.7 eV到1.9 eV的傾斜振盪。這相當於納米片的垂直位移約為±20 nm，且在不同激光功率下隨時間變化產生垂直位移。

未來，這些發現或可為探索自組裝卡西米爾微腔作為光力學、納米機械、極化化學等應用提供可行性。