低维微腔中Casimir效应的研究

发布时间：2020-07-30 02:35

【摘要】：一般情况下,尽管量子真空态的能量无穷大,不能直接测量,但在一定条件下可以观测到宏观量子效应。Casimir效应就是由于量子电磁场真空零点能涨落,所导致可观测量子效应的最佳证据之一。H.B.G.Casimir首先预言了将两平行理想金属板放在真空时,两板间会产生相互吸引力,这种现象被称为Casimir效应。此效应提出不久后,就被J.M.Sparnay在实验上观测到。之后随着科技的不断发展,在实验上测量Casimir力的精度也不断地提高。不仅在实验上精确地测得Casimir吸引力,而且在2009年科学家们又观测到Casimir排斥力。另外,2011年Wilson等人在实验上又发现了当边界快速移动时,真实光子就会从量子真空腔中产生,这一现象被称为动态Casimir效应。早在1970年Moore等人就预言了这一效应的存在。至今,Casimir效应在数学物理、原子分子物理、凝聚态物理、生物学、天文学和宇宙学等很多领域中有着重要的应用,尤其在纳米技术方面有着极其重要的应用前景。由于Casimir效应的研究具有重要的理论意义和实验意义,本文开展了一维微腔中Casimir效应的研究。首先,应用Fox-Li准模理论,研究了一维微波激射腔中的静态Casimir效应。采用全量子理论计算了Casimir能量,得到了一维微波激射腔中,腔壁之间的Casimir力的解析表达式,给出了腔壁之间的Casimir力的性质。在此基础上,进一步讨论了腔壁的线度与衰减率对腔壁线度对Casimir力的影响,并与理想腔的情况进行了比较。其次,研究了原子系综的非稳共振腔中的动态Casimir效应和原子的集体激发效应。结合原子系综的激子模型得到系统的哈密顿量。然后从系统的密度算符满足的方程出发,导出腔场初态处于压缩真空态情况下的动态Casimir效应产生的光子数平均值和激子数平均值随时间变化的解析表达式。通过讨论分析,本文不仅给出了光子数平均值,还给出了激子数平均值随时间变化规律图像,分析了温度、耦合系数等因素对动态Casimir效应和原子的集体激发效应的影响。本文研究结果为我们以后研究更为复杂腔的Casimir效应奠定了基础。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413
【图文】：

示意图,实验设备,示意图,微电子机械系统

人们探索不同边界条件和几何形状的 Casimir 力[8-10]，讨论了的各种修正，如温度[11, 12]、材料的粗糙度[13, 14]，在材料的导电性方一定的进展[15, 16]。随着微电子机械系统和纳米电子机械系统的新技asimir 吸引力在微电子机械系统和纳电子机械系统中产生了静摩擦问题引起了高度重视。人们通过探讨产生 Casimir 斥力的各种条件[18器件之间的粘附效应的作用，并且取得了一定的进展。研究表明，的特性也能获得 Casimir 排斥力[20, 21]。此外，吸引力和排斥力之间 Casimir 力[22]，可以通过调节超材料的电磁特性得以实现。这样我MEMS和NEMS中的粘附效应。临界Casimir效应[23]也引起了人们的验中也被观测到[24]。在振动或流动沙粒中的物体或导体板之间也能ir 力[25, 26]。

原理图,实验原理

asimir 力的工作打下了基础。在 Sparnaay 以展[28]，直到 1997 年 Lamoreaux[29]利用扭摆验的创新之处是用“球-板结构” (如图 1.2.1 的两块导体板，实验结果与理论预测值相差称精确测量 Casimir 力的一个里程牌。在 S人员相继开展了验证 Casimir 效应的实验。ideen[30]研究小组利用原子力显微镜在 Lam行了更高精度的观测，理论值与实验结果完验原理图如图 1.2.2 所示。

区域图,微波激射,全反射,区域

型和量子化场一维微波激射腔，如图 3.2.1 所示镜，从而组成一个微波激射腔，图腔，即环境。通过在处的半透微波激射腔视为量子开放系统。何描述微波激射腔中的电磁场[110常数的薄板，其介电常数可表示空的介电常数，是决定此壁的透假设腔体是一维的，并且只考虑

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