Новый материал может управлять волнами в синтетическом «четвертом измерении»

Ученые использовали свойства материала для создания «дополнительного измерения», которое позволяет им лучше контролировать волны, проходящие через него. Используя концепцию синтетического измерения, ученые разработали новый метаматериал, который может лучше контролировать механические поверхностные волны, с очень интересными приложениями. Новое исследование опубликовано в Science Advances.

Как следует из названия, эти волны распространяются по поверхности твердых материалов. Они присутствуют во многих естественных и искусственных процессах, поэтому возможность лучше контролировать их, безусловно, интригует. Решение, по мнению Гуолян Хуана и его коллег из Университета Миссури, состоит в том, чтобы использовать еще одно измерение помимо трех обычных.

«Обычные материалы ограничены только тремя измерениями с осями X, Y и Z», — сказал Хуан в своем заявлении. «Но теперь мы создаем материалы в синтетическом измерении, или 4D, что позволяет нам манипулировать путем энергетических волн, чтобы они шли именно туда, куда мы хотим, когда они проходят из одного угла материала в другой».

Синтетические измерения — это способы превратить механические свойства во что-то похожее на четвертое геометрическое измерение. Квантовая механика часто используется, хотя и не всегда. Если вы берете лист бумаги и сворачиваете или складываете его, вы манипулируете чем-то вроде 2D в третьем измерении. Таким образом, синтетические измерения — это хитрый трюк, позволяющий использовать математический аппарат дополнительного измерения для расширения вашего контроля над системой или тем, что через нее проходит.

В рассматриваемом здесь метаматериале использовалась эластичная поверхность со «стратегическим рисунком», состоящая из резонирующих столбов и медленно меняющихся связующих мостиков. Этот умный рисунок позволяет волне проходить сквозь материал, не взаимодействуя с беспорядками и дефектами, которые могут там существовать.

Созданный образец очень мал, но команда полагает, что его можно масштабировать, с интересными потенциальными применениями как в электронике, так и в гражданском строительстве, включая разработку сейсмостойких материалов.

«Большая часть энергии — 90% — от землетрясения происходит вдоль поверхности Земли», — сказал Хуанг. «Поэтому, если покрыть подушкообразную структуру этим материалом и разместить ее на поверхности земли под зданием, это потенциально может помочь предотвратить разрушение конструкции во время землетрясения».