凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理
[提交于 2024年11月18日
(v1)
,最后修订 2025年2月20日 (此版本, v2)]
标题: 纳米粒子与石墨烯光栅之间的法向和侧向卡西米尔-利夫希茨力
标题: Normal and lateral Casimir-Lifshitz forces between a nanoparticle and a graphene grating
摘要: 我们研究了纳米粒子与沉积在熔融石英板上的1D石墨烯光栅之间的卡西米尔-利夫希茨(CL)力的法向和侧向分量。 为此,采用了散射矩阵方法,并结合了增强的傅里叶模态方法与局部基函数。 我们发现,通过用石墨烯光栅覆盖熔融石英板,当光栅填充率为0.5时,小频率下的法向CL力谱增加了约100%,而当板完全被覆盖时,增加更多。 通常采用的加法近似(有和没有石墨烯涂层时力的加权平均)无法提供关于侧向CL力的任何信息,并且如我们所展示的,也无法对法向CL力提供准确估计。 当纳米粒子横向移动($x_A$)时,法向CL力被调制并保持吸引力。 相反,侧向CL力在每个周期内改变符号两次,显示出一系列交替的稳定和不稳定侧向平衡位置,分别出现在石墨烯条带和光栅狭缝区域。 最后,我们表明侧向位移效应对几何因子$d/D$敏感($d$是分离距离,$D$是光栅周期)。 我们识别出两个明显区域:一个区域($d/D<1.0$)中侧向位移显著影响CL能量,另一个区域($d/D \geq 1.0$)中这种效应可以忽略不计,在$d\approx D$处发生交叉。 我们的预测对纳米/微米尺度下纳米粒子与结构物体相互作用时的CL法向和侧向力的实验和应用具有相关意义,并且也直接适用于靠近这些纳米结构的原子。
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