Casimir-van der Waals （vdW）力的理論計算研究的特點是，對許多已知材料，包括水，有大量不一致的結果和相互矛盾的報告，與實驗測量結果相矛盾。儘管它對基本方面和實際應用方面的概念進步很重要，但缺乏準確確定Casimir-vdW力的通用框架。

在此，來自英國曼徹斯特大學的Mohsen MoazzamiGudarz&伊朗凝聚態國家實驗室的Seyed Hamed Aboutalebi等研究者，提出了一個計算Casimir-vdW力的通用理論平臺，該平臺考慮了電子介電常數、光學帶隙、密度和化學成分。相關論文以題為“Self-consistent dielectric functions of materials： Toward accurate computation of Casimir–van der Waals forces”發表在Science Advances上。

論文連結：

https：//advances。sciencemag。org/content/7/22/eabg4041

1948年，卡西米爾提出理論認為，量子電磁波動或零點能量變化，會導致真空中完美的平行中性導體之間產生引力。後來，Lifshitz及其同事設計了一種卡西米爾-範德瓦爾斯（vdW）力的一般理論，使得從材料的復介電函式計算這些力成為可能。然而，到目前為止，儘管這些力在物理現象中很重要，如潤溼和粘附、摩擦和聚合物流動、（生物）膠體穩定性、超分子化學、生物物理化學相互作用、蛋白質摺疊、穩定性和變形，甚至麻醉劑的效力，但與此同時，許多不一致和矛盾的結果已廣泛報道，使其難以定製Casimir-vdW的實際應用。

例如，水的介電函式被反覆“改進”，一些早期的估計被證明是不準確的，但仍被許多研究者使用。另一個關鍵的例子是乙醇，它的介電函式是用錯誤的引數計算的，導致了對紅外（IR）折射率的荒謬估計，遠遠高於矽的報告指數。類似的不準確性，也破壞了鐵氟龍介電函式的估計。對於研究較少的材料，vdW相互作用的估計誤差甚至更大。例如，氧化石墨烯在水中的近似Hamaker常數，在2。4和49 zJ之間變化。通常的誤差，來自於不準確的估計介電函式，其基於單諧振子來解釋光的紫外（UV）區域的吸收波段。

基於此，研究者提出了一個計算55種材料卡西米爾- vdw力所需的全頻範圍內的介電函式的理論框架，包括各種金屬，半導體和絕緣體，有機和無機等。研究者利用光和規則和Kramers-Kronig關係，驗證了編譯資料的內部一致性。與此同時，研究者證明了基於這些資料計算的vdW力與實驗測量的vdW力非常吻合。

圖1 水的介電函式。

圖2 改進的諧振子模型。

圖3 用改進的諧振子建立半導體和絕緣體介電函式的電子部分的模型。

圖4 金屬中卡西米爾- vdw力大小的分析。

圖5 Casimir-vdW力的測量與計算比較。

綜上所述，研究者透過對大量不同材料的自洽介電函式的實驗測量，引入了一種新的經驗修正諧振子模型。這種改進的模型可以預測只有四個輸入的半導體和絕緣體的電子極化：電子介電常數，光學帶隙，密度和化學成分。基於改進模型計算的估計力，與實驗測量的Casimir-vdW力非常吻合。在金屬的例子中，研究者的分析表明，一旦系統中載流子與總電子的比例變小，帶間躍遷對vdW-Casimir力大小的作用就變得至關重要。（文：水生）

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