Experimental and theoretical investigation of the thermal effect in the Casimir interaction from graphene
Experimental and theoretical investigation of the thermal effect in the Casimir interaction from graphene
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石墨烯卡西米尔相互作用热效应的实验和理论研究
DOI：
10.1103/physrevb.104.085436
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发表时间：
2021
影响因子：
3.7
通讯作者：
Mohideen, U.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Liu, M.;Zhang, Y.;Klimchitskaya, G. L.;Mostepanenko, V. M.;Mohideen, U.
我们提出了一个实验的结果测量梯度之间的Au涂层的空心玻璃微球和石墨烯涂层的熔融石英板的改进的原子力显微镜的基于荧光的技术在动态政权。这些测量在室温下在高真空中进行。利用扫描隧道光谱和拉曼光谱分别测量了所用石墨烯样品中的能隙和杂质浓度。Casimir力的梯度的测量结果被发现是在一个非常好的协议与理论使用的极化张量的石墨烯在非零温度依赖于能隙和化学势没有拟合参数。在零温度下相同理论的理论预测在250至517 nm的测量区域内被实验排除。我们还研究了依赖的热校正的Casimir力梯度上的值的能隙，化学势，并支持石墨烯片的衬底的存在下。结果表明，所观察到的热效应是一致的原始石墨烯片所产生的大小，如果包括真实的条件，如非零值的能隙，化学势，和基板的存在下的影响。所获得的结果的解决长期存在的问题，在卡西米尔物理的影响进行了讨论。除了以前发表的论文[M. Liu，Phys. Rev. Lett. 126，206802（2021）10.1103/PhysRevLett.126.206802]，我们给出了石墨烯样品能隙的测量结果，将Casimir力的实验数据加倍，并进行了更完整的理论分析。
We present the results of an experiment on measuring the gradient of the Casimir force between an Au-coated hollow glass microsphere and graphene-coated fused silica plate by means of a modified atomic force microscope cantilever-based technique operated in the dynamic regime. These measurements were performed in high vacuum at room temperature. The energy gap and the concentration of impurities in the graphene sample used have been measured utilizing scanning tunneling spectroscopy and Raman spectroscopy, respectively. The measurement results for the gradients of the Casimir force are found to be in a very good agreement with theory using the polarization tensor of graphene at nonzero temperature depending on the energy gap and chemical potential with no fitting parameters. The theoretical predictions of the same theory at zero temperature are experimentally excluded over the measurement region from 250 to 517 nm. We have also investigated a dependence of the thermal correction to the Casimir force gradient on the values of the energy gap, chemical potential, and on the presence of a substrate supporting the graphene sheet. It is shown that the observed thermal effect is consistent in size with that arising for pristine graphene sheets if the impact of real conditions such as nonzero values of the energy gap, chemical potential, and the presence of a substrate is included. Implications of the obtained results to the resolution of the long-standing problems in Casimir physics are discussed. In addition to the paper published previously [M. Liu , Phys. Rev. Lett. 126, 206802 (2021)10.1103/PhysRevLett.126.206802], we present measurement results for the energy gap of the graphene sample, double the experimental data for the Casimir force, and perform a more complete theoretical analysis.
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