Vliv tepelných fluktuací na stabilitu samouspořádaných Casimirových mikrodutin

Abstract

Casimir self-assembly (CaSA) je interdisciplinární obor, který kombinuje koloidní chemii, nanofotoniku a kvantovou elektrodynamiku. Při pokojové teplotě ve vodných roztocích se mikronové vločky samy sestavují a vytvářejí Fabry-Pérotovy rezonátory s laditelnou optickou odezvou ve viditelném spektrálním rozsahu. Navzdory nedávným pokrokům chybí přímé důkazy spojující tyto systémy s kvantovými efekty. V této studii byly k řešení tohoto problému použity experimentální a teoretické techniky zkoumající vliv teplotních fluktuací (TF) na tyto systémy. K měření TF a experimentálnímu mapování Casimirova elektrostatického potenciálu byla použita optická mikroskopie a reflexní spektroskopie, zatímco pravděpodobnostní model zahrnující Boltzmannův faktor poskytl teoretická vysvětlení interakčního potenciálu. Tento přístup potvrzuje přítomnost kvantově atraktivní Casimirovy síly v dutinách a odhaluje mechanismy stability a limity laditelnosti CaSA v roztocích povrchově aktivních látek a solí. Dále tato studie představuje novou optickou metodu pro analýzu interakcí v nanoměřítku a rozšiřuje potenciál aplikací CaSA v pokročilých nanofotonických systémech a koloidní a polaritonické chemii.Casimir self-assembly (CaSA) is an interdisciplinary field that combines colloid chemistry, nanophotonics, and quantum electrodynamics. At room temperature in aqueous solutions, the micron flakes self-assemble to form Fabry-Pérot resonators with a tunable optical response in the visible spectral range. Despite recent advances, direct evidence linking these systems to quantum effects has been lacking. In this study, experimental and theoretical techniques investigating the effect of thermal fluctuations (TF) on these systems were used to address this issue. Optical microscopy and reflection spectroscopy were used to measure TF and experimentally map the Casimir-electrostatic potential, while a probabilistic model involving the Boltzmann factor provided theoretical explanations of the interaction potential. This approach confirms the presence of a quantum attractive Casimir force within the cavities and reveals the stability mechanisms and limits of CaSA tunability in surfactant-salt solutions. In addition, this study introduces a new optical approach for analyzing nanoscale interactions and broadens the potential of CaSA applications in advanced nanophotonic systems and colloidal and polaritonic chemistry.