陈根：可调谐微腔，具有长期稳定性_风闻

文|陈根

卡西米尔效应（Casimir effect）是由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔于1948年提出的一种现象。其根据量子场论的“真空不空”观念——即使没有物质存在的真空仍有能量涨落，而提出此效应**。**

卡西米尔效应在理解上，可以看为金属导体或介电材料的存在改变了真空二次量子化后电磁场能量的期望值。这个值与导体和介电材料的形状及位置相关，因此卡西米尔效应表现就成了与这些属性相关的力。

例如，在亚微米尺度上，该效应导致的吸引力成为中性导体之间主要作用力。事实上在10纳米间隙上（大概是一个原子尺度的100倍），卡西米尔效应能产生1个大气压的压力（101.3千帕）。

**近日，查尔姆斯理工大学开发了一种微米尺度的自组装方法，该方法基于水溶液中具有吸引力的卡西米尔力和带电的金属纳米片之间产生的斥力的共同作用而实现。**其形成了一个自组装的光学Fabry-Pérot微腔，在可见光范围内具有基本模式（长程间隔约为100-200nm），以及可调的平衡构型。

此外，研究人员通过在微腔区域放置激子材料，实现了混合轻质态(极化)，其性质，如耦合强度和本征态组成，可以通过溶液中配体分子的浓度和光压来进行实时控制。而所开发的卡西米尔微腔有望用作各种应用的灵敏和可调谐的平台，包括光力学、纳米机械和空腔诱导的极化化学等。

研究人员首先阐明了自组装微腔设计的机制，即当两个纳米薄片在配体的水溶液中相互靠近时，它们之间会产生两种类型的相互作用，二者的协同作用使得系统稳定均衡的存在。

其次，几个系统测量的反射光谱显示出明显的拉比劈裂（Rabi splitting）。在对加载了几层WSe2薄片的极化子微腔进行了相应的色散测量后，研究人员发现与ΩR≈110meV的拉比劈裂有明显的反交叉，从而证明了系统处于强耦合区域。

此外，研究人员又使用调制激光对纳米片施加压力，在纳米片静态镜结构中调制一个空的自组装腔。随着时间变化，具有约1.7 eV到1.9 eV的倾斜振荡。这相当于纳米片的垂直位移约为±20 nm，且在不同激光功率下随时间变化产生垂直位移。

未来，这些发现或可为探索自组装卡西米尔微腔作为光力学、纳米机械、极化化学等应用提供可行性。