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

卡西米尔力驱动光控微机构的制作

• 批准号: 14655035
• 负责人: 乾 徳夫
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: University of Hyogo (2004)Himeji Institute of Technology (2002-2003)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655035/
• 关键词: 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; ファン・デル・ワールスカ

(1)カンチレバーとシリコン球面との接触過程本研究では半導体に作用するCasimir力の検出を目的としている.平板と球面に作用するCasimir力は引力であり,平板と球面とのギャップの3乗に逆比例する.従って,ギャップが小さくなると,バネの復元に対してCasimir力が凌駕し瞬間的にシリコン表面へ接触する現象,いわゆる"Pull-in"現象が生じる.この現象を確認するために光リソグラフィとエッチング技法により製作されたシリコン製カンチレバー(ばね定数0.1N/m,サイズ1mm×1mm)を用いた.また,このカンチレバーに接近させていく対象として曲率半径が16mmの球面シリコンを用いた.なお,使用したカンチレバーは市販のものと比べて格段に大きくその位置決めが困難であったが,干渉顕微鏡を用いることによりその問題を解決している.球面シリコンをピエゾ素子により低速でカンチレバーへ接近させ,その変位をマイケルソン型レーザ変位計で測定した結果,Pull-in現象が観測された.(2)カンチレバーの光照射による変位接近した二つのシリコン膜がマイクロメカニズムの主要部品である.それを光照射により駆動しその変位を観察した.膜間距離は1μm以下と小さいためこの間へ光を照射することは困難である.そこで,シリコン膜の厚みを4μmとし透過光によりキャリアの増大を行うこととした.用いた光の波長は532nmで出力は0.1W/mm^2である.レーザ変位計にこの励起光が入射しないよう慎重に配置を検討し,また適切なフィルター処理を行って,光照射下でカンチレバーの変位をnmオーダの精度で測定することができた.その結果,カンチレバーは励起光の変調に伴い振動することが確認された.この駆動力には熱応力が含まれているため,今後はその除去が課題である.

(1) カ ン チ レ バ ー と シ リ コ ン spherical と の contact process this study で は semiconductor に role す る good force の 検 out を purpose と し て い る. Tablet と spherical に role す る good force は gravity で あ り, tablet と spherical と の ギ ャ ッ プ の 3 乗 に inverse proportion す る. 従 っ て, ギ ャ ッ プ が small さ く な る と, バ ネ の recovery に し seaborne て good force が above し momentary に シ リ コ ン へ surface contact す る phenomenon, い わ ゆ る "Pull - in" phenomenon born が じ る. こ の phenomenon を confirm す る た め に light リ ソ グ ラ フ ィ と エ ッ チ ン グ techniques に よ り making さ れ た シ リ コ ン system カ ン チ レ バ ー (ば ね number 0.1 N/m, サ イ ズ 1 mm * 1 mm) を with い た. ま た, こ の カ ン チ レ バ ー に near さ せ て い く like と seaborne し て が 16 mm の spherical curvature radius シ リ コ ン を with い た. な お, use し た カ ン チ レ バ ー は city vendor の も の と than べ て lattice period of large に き く そ の position definitely め が difficult で あ っ た が, dry involved The 顕 micromirror を solves the を problem を with the 顕 る る とによ そ そ そ を problem を て る る る る る. Spherical シ リ コ ン を ピ エ ゾ element child に よ り low-speed で カ ン チ レ バ ー へ near さ せ, そ の - a を マ イ ケ ル ソ ン type レ ー ザ - potentiometer で determination し た as a result, the Pull - phenomenon in が 観 measuring さ れ た. (2) カ ン チ レ バ ー の light に よ る - a close し た two つ の シ リ コ ン membrane が マ イ ク ロ メ カ ニ ズ ム の main part で あ る The それを light shines on the によ によ 駆 駆, which moves the <s:1> そ <s:1> and changes the position を観 to observe the た た. The distance between the membrane は と microns under 1 small さ い た め こ の between へ を sunlight す る こ と は difficult で あ る. そ こ で, シ リ コ ン thick film の み を 4 microns と し through light に よ り キ ャ リ ア の raised great を do う こ と と し た. With い は た の light wavelength 532 nm で output は 0.1 W/mm ^ 2 で あ る. レ ー ザ - potentiometer に こ の wound up が incidence し な い よ う に carefully configuration を 検 for し, ま た appropriate な フ ィ ル タ ー 処 Richard を line っ て, under the light irradiation で カ ン チ レ バ ー の - a を nm オ ー ダ の で determination precision す る こ と が で き た. そ の results, カ ン チ レ バ ー は wound up light の - adjustable に with い vibration す る こ と が confirm さ れ た. こ の 駆 power に は hot 応 force が containing ま れ て い る た め, future は そ の remove が subject で あ る.

项目成果

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)

Norio Inui：“腔内零点能量的广义模态求和公式”日本物理学会杂志72・5 2198-2202（2003）。

乾 徳夫: "The Casimir Force for a Perfectly Conducting Rectangular Parallelepiped at Finite Temperature"Journal of the Physical Society of Japan. 71・7. 1655-1662 (2002)

Norio Inui：“有限温度下完美传导矩形平行六面体的卡西米尔力”日本物理学会杂志 71・7（2002）。

A Generalized Mode Summation Formula of the Zero-Point Energy in a Cavity

腔内零点能量的广义模态求和公式

• 发表时间: 2003
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan 72・5
• 作者: Norio Inui;Norio Inui
• 通讯作者: Norio Inui

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)

Norio Inui：“通过紫外激光照射增强硅膜之间的卡西米尔力的数值研究”日本物理学会杂志73・2（2004年）。

Norio Inui: "Temperature Dependence of the Casimir Force between Silicon Slabs"Journal of the Physical Society of Japan. 72・9. 2198-2202 (2003)

Norio Inui：“硅板间卡西米尔力的温度依赖性”日本物理学会杂志72・9（2003）。