Las interacciones de Casimir, originadas por las fluctuaciones térmicas y cuánticas del campo electromagnético, generan fuerzas y torques entre objetos neutros. Estas interacciones tienden a llevar los objetos hacia configuraciones de mínima energía. Más allá de su relevancia teórica, las interacciones de Casimir tienen aplicaciones prácticas, como el autoensamblaje de nanocavidades y la manipulación sin contacto de objetos a escala nanométrica.
Cuando los objetos se mueven, las interacciones de Casimir también generan fuerzas que se oponen a su movimiento. Un ejemplo destacado es la fricción por radiación térmica, que ocurre cuando un objeto se desplaza a través de un baño de radiación térmica. Este efecto se debe al desplazamiento Doppler de la radiación, que provoca un desequilibrio en la absorción de la energía que se propaga en diferentes direcciones.
Estudios anteriores han analizado esta fuerza en estructuras isotrópicas, como las esferas. Sin embargo, objetos con geometrías distintas pueden experimentar fenómenos físicos novedosos. Nuestro trabajo predice que una nanoestructura anisotrópica que se desplaza a través de un baño de radiación térmica experimenta no solo una fuerza de fricción, sino también una fuerza lateral, perpendicular a su movimiento. Esta nueva fuerza surge del efecto combinado del desplazamiento Doppler y la anisotropía de la nanoestructura, y por tanto aumenta según su relación de aspecto se aleja de la de una esfera. Además, la estructura experimenta un torque que gradualmente alinea uno de sus ejes principales con la dirección del movimiento.
Una analogía útil para comprender este descubrimiento es la de un objeto anisotrópico, como el ala de un avión, que se desplaza a través de un fluido viscoso. Así como un ala experimenta una fuerza de sustentación y un torque debido a su interacción con el aire, una nanoestructura anisotrópica en movimiento a través de la radiación térmica experimenta una fuerza lateral y un torque.
Figura 1. (a) Esquema del sistema bajo estudio, compuesto por una nanoestructura anisotrópica que se desplaza a través de un baño de radiación térmica. (b) Valor absoluto de la fuerza lateral (línea sólida) y de la fuerza de rozamiento (línea discontinua) en función de la relación de aspecto de la nanoestructura. Ambas componentes de la fuerza están normalizadas al volumen de la nanoestructura y al cociente entre su velocidad y la velocidad de la luz. Hemos asumido una conductividad tres órdenes de magnitud menor que la del oro y un baño de radiación térmica a una temperatura de 1000 K.