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研究背景

1948年，荷兰物理学家Hendrik Casimir基于量子力学理论提出“卡西米尔效应”，该现象源于量子场论的“真空不空”观念，即在没有物质存在的真空中，仍然能发生能量涨落。2019年，《Nature》期刊报道了一种基于卡西米尔效应的真空声子传热模式，该模式被誉为“第四种传热方式”。这一发现将对未来微纳米电子器件散热领域产生变革性的影响。

山东高等技术研究院吴小虎研究员团队近年来在卡西米尔效应领域取得了显著进展（Journal of Applied Physics, 2023, 134: 093102; Materials Today Communications, 2024, 38: 108489）。最近，团队提出了一种机械扭转驱动的卡西米尔力吸引-排斥转变方法。研究成果发表在美国化学学会旗下高水平光学期刊《ACS Photonics》上，展现了各向异性材料在卡西米尔力调控方面的潜力。

研究成果

自“魔角石墨烯”的非常规超导被发现以来，扭转系统中的新奇现象引起了广泛关注。基于此，本工作研究了天然各向异性材料碘酸锂扭转系统中的卡西米尔力。研究表明，在卡西米尔魔角处，卡西米尔力经历了从排斥到吸引的可逆转变。这一现象潜在的物理机制是机械扭转打破了各向异性材料间的反射对称性，通过无量纲波矢空间内吸引力与排斥力之间的竞争关系，从而使各向异性扭转系统在卡西米尔魔角处达到了卡西米尔力平衡状态。该研究充分结合了宏观几何构型和微观量子相互作用，为可调谐的卡西米尔吸引-排斥转变提供了理论指导，对微纳尺度电子器件设计领域具有重要意义。

该文章发表于《ACS Photonics》，题为Twist-induced Casimir Repulsive-Attractive Transition Based on Lithium Iodate，山东高等技术研究院吴小虎研究员为通讯作者。

图1 卡西米尔魔角

学者简介

吴小虎，1992年生，博士毕业于北京大学，现为山东高等技术研究院研究员，山东省优青，山东省泰山学者青年专家，国际传热传质中心理事会成员，入选美国斯坦福大学发布的“全球前2%顶尖科学家（2023）”榜单。主要从事辐射换热、太阳能光热利用、微纳光子学等领域的研究，曾获国际传热传质中心Hartnett-Irvine Award（2019）、中国新锐科技人物突出成就奖（2020）、福布斯中国30位30岁以下科技精英（2021）、中国新锐科技人物创新贡献奖（2022）、山东省省直机关优秀共产党员（2023）等多项荣誉。

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