纳米粒子与石墨烯光栅之间的法向与横向 Casimir-Lifshitz 力

我们研究了熔融石英平板上沉积的一维石墨烯光栅与纳米粒子之间 Casimir-Lifshitz（CL）力的法向与横向分量。为此，采用了散射矩阵方法以及结合局部基函数增强的傅里叶模态法。我们发现，通过用石墨烯光栅覆盖熔融石英平板，在光栅填充分数为 0.5 时，低频下的法向 CL 力谱增加了约 100%，当平板被完全覆盖时增加更多。通常采用的加性近似（有与无石墨烯涂层时力的加权平均）无法提供任何关于横向 CL 力的信息，而且正如我们所展示的，也无法对法向 CL 力提供准确估计。当纳米粒子发生横向位移（$x_A$）时，法向 CL 力受到调制并保持吸引。相反，横向 CL 力在每个周期内改变两次符号，表现出一系列交替的稳定与不稳定横向平衡位置，分别出现在石墨烯条带和光栅狭缝区域。最后，我们表明横向位移效应对几何因子 $d/D$（$d$ 为分离距离，$D$ 为光栅周期）敏感。我们识别出两个明显区域：横向位移显著影响 CL 能量的区域（$d/D<1.0$），以及该效应可忽略的区域（$d/D \geq 1.0$），在 $d\approx D$ 处发生转变。我们的预测对纳米/微米尺度下纳米粒子与结构化物体相互作用的法向与横向 CL 力的实验与应用具有重要意义，并且对于靠近这些纳米结构的原子同样直接适用。