介质各向异性对Casimir效应影响的研究

Casimir effect, arising from the vacuum electromagnetic fluctuation, plays an important role in variety of fields of physics and fundamental science. It also has broad applications in MEMS and other fields of technology. Anisotropy can bring us new physics about Casimir effect. However, most of current researches on the impact of anisotropy on Casimir effect have not covered the situation that the area between the two plates is not isotropic but anisotropic. And the impact of external electric field on Casimir effect is often ignored, either. These effects can bring us more new physics about Casimir effect. We intend to focus on the impact of the anisotropy of the material between the two plates on Casimir effect, including: calculation of Casimir effect between parallel plates separated by anisotropic media, analyze of the impact of the anisotropy of in-between material on Casimir effect , and discussion of the possibility of repulsive Casimir force in this situation. We will also investigate the influence of external electric field on anisotropy of the material and then further more on Casimir effect.

Casimir效应起源于真空电磁场的涨落，在物理学等基础研究领域都有重大科学意义，在微机电系统等工程技术领域也有重要应用。介质的各向异性可以Casimir效应带来很多新特性，然而当前关于介质各向异性对Casimir效应影响的研究大多未考虑两平行平面之间的区域填充各向异性介质的情况，背景非零电场对Casimir效应的影响也经常被忽略。一旦考虑这些情况，必然给Casimir效应带来很多新的物理特性。因此本项目拟重点研究两个平行平面之间的区域填充的介质的各项异性给Casimir效应尤其是Casimir排斥力带来的新物理。主要包括：计算两平行平面中间区域填充各向异性介质时的Casimir效应，重点关注中间介质的各向异性对Casimir力大小和方向的影响及其物理机制，讨论此时产生排斥力的物理条件。此外，还将分析外电场改变介质各向异性进而对Casimir力大小和方向产生的影响。

Casimir效应起源于真空电磁场的涨落，具有较大科学意义和一定应用价值。然而当前该领域的研究大多未考虑两平行平面之间的区域填充各向异性介质的情况，或采用了非相对论近似，因此错失了一些发现Casimir效应的新物理特性的机会。本项目主要研究了中间介质的各向异性对Casimir力的影响。首先，利用量子化表面模式法给出了相对论条件下，两平行平面填充单轴各向异性介质时的Casimir力的解析解。然后通过数值计算揭示了中间介质各向异性与Casimir力方向的具体联系规律：中间介质各向异性程度会影响Casimir力的大小和方向，如果各向同性的贡献是产生某一个方向的Casimir力，各向异性总可能贡献一个相反方向的力， 总Casimir力方向决定于两者的竞争。在此基础上，课题组进一步的研究指出外加电场通过影响中间介质的各向异性会对前述结果产生影响，该影响和电场平方成比例。接下来的工作中，课题组计算了相对论条件下两平行平面填充光轴平行于表面的单轴各向异性介质时的Casimir力的解析解，并采用真实材料数据和介质模型进行数值计算。然后采用改进的评价方式重新评价了中间介质各向异性对Casimir力的影响，不但将之前结论拓展到更一般更真实的情况，还给出了前面发现的结论和规律背后的物理原因。最后，在此基础上研究了有限温度对前面结论的影响，结果表明有限温度在近距离下压制中间介质各向异性的影响，但是在远距离下增大该影响，并且有限温度效应不会明显影响其整体趋势。总体而言，以上科学进展和发现具有一定创新性和科学意义，一旦被实验确认也将具有一定应用价值。