专利名称:矩形腔内卡什米尔力的测量方法
技术领域：
本发明涉及力的测量方法，特指一种矩形腔内卡什米尔力的测量方法。
背景技术：
随着微机械的发展，机构的特征尺寸越来越小，导致零件的质量迅速减小，同时随着零件间间距的缩小，逐渐进入了长程量子力的作用范畴，这样原本在机械运行中可以忽略的量子效应，就变得重要起来，有时已经成为某些微机械系统能否正常运行的关键。而在长程量子力的作用中，一般认为在20nm以内作用的长程量子力为范德华力(Van derWaals)，而在20nm以外的长程量子力则为卡什米尔力(Casimir)。
自从Casimir通过零点能提出了两平行平面间存在Casimir力，并提出了Casimir的计算公式后，人们不断尝试对Casimir力进行测量，并与理论公式进行比较、修正。虽然Casimir力可作为一种宏观条件下的量子力，但是它的值完全决定于间距的大小，在以前的测量手段所能够提供的最小尺寸条件下，它的值是非常小的。例如理想条件下，在两间距为1μm，面积为1cm2的平行平面间的Casimir力只有10-7N，这对于以前的测试设备是个不小的挑战。原子力显微镜AFM是目前所有测量过Casimir力仪器中，所用精度最高的。它不仅能精确测量物体间的Casimir力，还能消除静电力的影响，同时真空环境的实验条件，可以消除空气中尘埃的影响，更难能可贵的是，AFM还能对平面的表面形貌做出准确的测量，目前还没有以原子力显微镜为测试手段，对矩形腔内Casimir力进行测量的文献报道。
发明内容
本发明的目的是要利用现有AFM，稍加改进来实现有效测量矩形腔内Casimir力。
本发明提供了一种对矩形腔内卡什米尔力的测量方法，该方法是在多功能扫描探针显微镜上的原子力显微镜(AFM)模式下实现的，对主显微镜按类似其常规测试表面势能时的改装方法进行改装，并把它的探针换成平面探针，平面探针的尺寸在6～10μm之间，基片采用矩形腔跟平面的复合结构，尺寸在20×10×2μm～40×20×4μm之间，同时基片上的矩形腔要求三边尺寸都在100～1000nm之间，长和高的尺寸与宽的尺寸的比值大于3，腔与腔之间的平板厚度小于150nm，当平头探针跟基片的平面部分正对，形成两平行平面结构，得到一个测量值1，再将AFM的平头探针移到基片上矩形腔结构上方，得到测量值2，测量值2减去测量值1就可以得到矩形腔结构内Casimir力值。
在还末见矩形腔内Casimir力相关测量的前提下，本发明提供了一种测量矩形腔内Casimir力的方法，同时还跟两平行平面结构结合起来，通过两平行平面结构，间接地实现矩形腔内Casimir力的测量。
图1 Nanoword公司所提供的平面探针示意图图2基片示意图图3基片上矩形腔的示意图图4是测量矩形腔跟平面复合结构时的效果图，其中黄色平面代表平面探针，蓝色部分代表基片。
具体实施方式
结合测量效果图3详细说明依据本发明的工作过程。
首先在美国DI公司的原子力显微镜上进行一定的改装，把探针换成德国Nanoworld公司提供的平头探针，同时尺寸选为6μm。基座的总体尺寸选为20×10×2μm，其中平面部分跟矩形腔部分各占10μm，矩形腔的尺寸为1000×100×600nm，腔与腔之间的平板厚100nm，这些尺寸的选取，主要考虑了现有制造技术的限制。该基座采用电子束纳米光刻系统来进行加工。
在AFM的平头探针跟基片的平面部分正对时，形成两平行平面结构，这时两平行平面结构内的零点能及Casimir力的计算公式仍然适用，因为此时两平面的间距跟探针的尺寸比起来还是很小的，满足理想条件下的计算公式。此时测出来的结果应为两平行平面的结果。而当AFM的平头探针移到基片上矩形腔结构上方时，就不能简单地用矩形腔内的零点能计算公式对它进行计算，可以认为是在两平行平面的基础上加上了矩形腔结构，所以所得到的测量结果可认为是两平行平面结构与矩形腔结构组成的复合结构，通过测量的结果减去两平行平面时测到的结果就可以得到矩形腔结构内Casimir力的结果。
权利要求
1.一种矩形腔内卡什米尔力的测量方法，其特征在于该方法是在多功能扫描探针显微镜上的原子力显微镜(AFM)模式下实现的，对主显微镜按类似其常规测试表面势能时的改装方法进行改装，并把它的探针换成平面探针，平面探针的尺寸在6～10μm之间，基片采用矩形腔跟平面的复合结构，尺寸在20×10×2μm～40×20×4μm之间，同时基片上的矩形腔要求三边尺寸都在100～1000nm之间，长和高的尺寸与宽的尺寸的比值大于3，腔与腔之间的平板厚度小于150nm，当平头探针跟基片的平面部分正对，形成两平行平面结构，得到一个测量值1，再将AFM的平头探针移到基片上矩形腔结构上方，得到测量值2，测量值2减去测量值1就可以得到矩形腔结构内的Casimir力的大小。
专利摘要
一种矩形腔内Casimir力测量的方法。它是以扫描探针显微镜，平头探针及特制的矩形腔跟平面的复合基片为物理结构，通过采用平面部分与矩形腔部分的差值来实现对矩形腔内Casimir力的间接测量的一种方法。为实现矩形腔内Casimir力的测量提供了一条行之有效的途径。
文档编号G01Q60/24GKCN1696653SQ200510040458
公开日2005年11月16日 申请日期2005年6月9日
发明者丁建宁, 朱国华, 杨继昌 申请人:江苏大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan