Сотрудники Аризонского университета (США) представили точную характеристику ван-дер-ваальсова взаимодействия атомов с поверхностью.

В обычной жизни оценить эффект действия слабых сил Ван-дер-Ваальса, которые проявляются на малых расстояниях, сложно; остаётся лишь поверить в то, что эти силы обеспечивают, к примеру, сцепление лап геккона с гладкими поверхностями. Зато такие взаимодействия вполне могут вмешаться в работу микро- и наноразмерных устройств, и их необходимо тщательно рассчитывать.

Авторы ещё несколько лет назад создали оригинальную экспериментальную установку — миниатюрную решётку, на которую направляется пучок атомов. Часть их проходит по центру отверстий в решётке, а другие сближаются с её поверхностью и, взаимодействуя с ней, несколько изменяют траекторию движения. Эти эффекты и позволяют оценивать потенциал Ван-дер-Ваальса.

Рис. 1. Геометрия решётки (иллюстрация из журнала Physical Review A).

Экспериментальную схему можно критиковать за то, что точные характеристики второго участника взаимодействия — поверхности — остаются неизвестными. Для того чтобы устранить эту проблему, физики направляли на одну и ту же решётку разные типы атомов (литий, натрий, калий и рубидий), а затем вычисляли относительные коэффициенты. В паре K/Na была достигнута погрешность измерения, сравнимая с погрешностью теоретических предсказаний, причём некоторые модельные результаты оказались несовместимы с опытом.

Измерения помогли установить, что электроны внутренней оболочки атома заметно влияют на взаимодействие. В этом случае прогнозы теоретиков совпали с реальными фактами.

Полная версия отчёта опубликована в статье:

Vincent P. A. Lonij, Catherine E. Klauss, William F. Holmgren and Alexander D. Cronin Atom Diffraction Reveals the Impact of Atomic Core Electrons on Atom-Surface Potentials. –  – Phys. Rev. Lett. – 105. – 233202 (2010) [4 pages].