含特異材料平面結(jié)構(gòu)中的Casimir效應(yīng)研究.pdf

1、Casimir效應(yīng)是由邊界的存在引起的真空零點(diǎn)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(yīng)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(shí)際應(yīng)用如致動(dòng)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(fù)材料近來被實(shí)驗(yàn)構(gòu)造合成。特異材料的介電常數(shù)、磁導(dǎo)率在某些頻段上同時(shí)為負(fù)或其中一個(gè)為負(fù)，但仍滿足Maxwell方程，進(jìn)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(yīng)用也被提出。實(shí)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(qiáng)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(yīng)的強(qiáng)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(jì)算拓展到涉及特異材料的情況。通過考察分析復(fù)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(shí)際的介質(zhì)平板間Casimir作用力的計(jì)算理論，推導(dǎo)得到包含特異材料的平面板間Casimir作用力的計(jì)算公式。
　　研究了左手性材料介質(zhì)板間的Casimir吸引效應(yīng)。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(fù)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(dǎo)率，色散曲線中負(fù)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(fù)值頻帶寬度和深度等性質(zhì)對應(yīng)著

4、介質(zhì)材料板的反射特性，進(jìn)而對兩板間的Casimir效應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)弱的同時(shí)，可以將左手性材料介質(zhì)的折射率色散曲線的負(fù)值區(qū)域結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與Casimir效應(yīng)聯(lián)系起來，即折射率負(fù)值區(qū)域的寬度與深度越大所對應(yīng)的是Casimir效應(yīng)越強(qiáng)。而當(dāng)材料的介電常數(shù)色散的負(fù)值區(qū)域與磁導(dǎo)率色散的負(fù)值區(qū)域逐漸錯(cuò)開時(shí)，不易僅僅單純把負(fù)折射率頻帶區(qū)域的結(jié)構(gòu)與介質(zhì)板間Casimir效應(yīng)相聯(lián)系，而要考慮到左

5、手性材料到單負(fù)材料的轉(zhuǎn)變和禁帶的影響。對左手性材料的板間Casimir效應(yīng)與正常材料板間 Casimir效應(yīng)做出了比較研究。相對于正常材料的板間Casimir效應(yīng)，具有足夠?qū)挼呢?fù)折射頻帶的左手性材料其板間Casimir效應(yīng)會(huì)更強(qiáng)。
　　在涉及特異材料的情況下，研究了Casimir排斥效應(yīng)的產(chǎn)生。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，Casimir吸引作用對微機(jī)械系統(tǒng)器件及設(shè)備產(chǎn)生限制，因而對 Casimir排斥效應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(fù)力的產(chǎn)生。在討論含特異材料的板間Casi