Casimir力で駈動されるマイクロメカニズムの製作と光による制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655035
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 乾 徳夫 姫路工業大学, 工学研究科・機械系工学専攻, 助教授 (70275311)
• Keywords: Casimir力 / Casimir効果 / マイクロメカニズム / ファン・デル・ワールス力 / MEMS / 真空のエネルギー

Research Abstract

Casimir力は金属や誘電体を1ミクロン以下の至近距離にまで接近させたときに発生する微小な力である.この力を半導体を利用して光で制御する場合,シリコン間のCasmir力について詳しい知見を必要とする.しかしながら,これまでは主として金属間のCasimir力が研究されてきた.そこで,シリコン間のCasimir力を研究する上で貢献した実績を実験と理論に分けて報告する.
(1)実験に関する実績
シリコン間のCasimir力は,金属間のそれと比較すると物体間の距離が小さい場合1/3以下である.つまり,測定にはより高感度な装置が必要とする.これが原因でこれまで十分な観測結果が存在しない.そこで,本申請では原子力顕微鏡の原理を応用した方法でその測定を目指している.これまではカンチレバーに球を接着することによりCasimir力の増大を図ってきたが,材質強度の問題から市販品では限界のあることが判明した.そこで,新たにSOI(Silicon-on-Insulator)ウエハから光リソグラフィー・エッチング技術を用いて大面積を有しながら低いバネ定数のカンチレバーを製作することに成功した.来年度はこのカンチレバーを用いて測定を行う.
(2)理論に関する実績
シリコンに光を照射してCasimir力を制御するには,Casimir力の光強度依存性を調べる必要がある.光を照射したシリコン内部には自由キャリアが増大し,その結果シリコンの複素誘電関数が変化する.これら一連の過程を理論的に解析し,平行におかれたシリコン平板に紫外線のパルスレーザを照射した場合,Casimir力が時間と共にどの様に変化するかをはじめて明らかにした.

Research Products

• [Publications] Norio Inui: "A Generalized Mode Summation Formula of the Zero-Point Energy in a Cavity"Journal of the Physical Society of Japan. 72・5. 2198-2202 (2003)
• [Publications] Norio Inui: "Temperature Dependence of the Casimir Force between Silicon Slabs"Journal of the Physical Society of Japan. 72・9. 2198-2202 (2003)
• [Publications] Norio Inui: "Numerical Study of Enhancement of the Casimir Force between Silicon Membranes by Irradiation with UV Laser"Journal of the Physical Society of Japan. 73・2. 332-339 (2004)