Percée dans la Quatrième Dimension : un nouveau métamatériau contrôle les ondes d'énergie

Par Université du Missouri-Columbia3 août 2023

Des scientifiques de l'Université du Missouri ont créé un métamatériau synthétique 4D capable de contrôler les ondes d'énergie sur des surfaces solides, ce qui pourrait conduire à des progrès en mécanique quantique, en informatique quantique et en atténuation des tremblements de terre.

Les scientifiques ont conçu un métamatériau synthétique pour diriger les ondes mécaniques le long d'un chemin spécifique, ce qui ajoute une couche de contrôle innovante à la réalité 4D, également connue sous le nom de dimension synthétique.

La vie quotidienne implique les trois dimensions ou 3D – le long des axes X, Y et Z, ou de haut en bas, de gauche à droite, et d'avant en arrière. Mais ces dernières années, des scientifiques comme Guoliang Huang, titulaire de la chaire d'ingénierie Huber et Helen Croft à l'Université du Missouri, ont exploré une « quatrième dimension » (4D), ou dimension synthétique, en tant qu'extension de notre réalité physique actuelle.

Récemment, Huang et une équipe de scientifiques du laboratoire de matériaux structurés et de dynamique du MU College of Engineering ont réalisé une percée significative. Ils ont réussi à créer un nouveau métamatériau synthétique doté de capacités 4D. Cela inclut la capacité de contrôler les ondes d’énergie à la surface d’un matériau solide. Ces ondes d'énergie, appelées ondes mécaniques de surface, sont fondamentales dans la façon dont les vibrations se propagent à la surface des matériaux solides.

Un rendu du nouveau métamatériau synthétique doté de capacités 4D conçu par des scientifiques de l'Université du Missouri. Cela inclut la capacité de contrôler les ondes d’énergie à la surface d’un matériau solide. Crédit : Guoliang Huang/Université du Missouri

Bien que la découverte de l'équipe, à ce stade, ne soit qu'un élément de base que d'autres scientifiques pourront prendre et adapter selon les besoins, le matériau a également le potentiel d'être étendu à des applications plus vastes liées au génie civil, aux systèmes microélectromécaniques (MEMS) et usages de la défense nationale.

Guoliang Huang. Crédit : Guoliang Huang/Université du Missouri

"Les matériaux conventionnels sont limités à seulement trois dimensions avec des axes X, Y et Z", a déclaré Huang. "Mais maintenant, nous construisons des matériaux dans la dimension synthétique, ou 4D, qui nous permet de manipuler le chemin de l'onde d'énergie pour aller exactement là où nous voulons qu'elle aille lorsqu'elle se déplace d'un coin à un autre d'un matériau."

This groundbreaking discovery, called ‘topological pumping,’ could potentially lead to advancements in quantum mechanics and quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> l'informatique quantique. Cela est dû au développement d’effets de mécanique quantique de dimension supérieure qu’il pourrait permettre.

"La majeure partie de l'énergie – 90 % – provenant d'un tremblement de terre se produit à la surface de la Terre", a déclaré Huang. "Par conséquent, en recouvrant une structure en forme d'oreiller de ce matériau et en la plaçant à la surface de la Terre sous un bâtiment, cela pourrait potentiellement aider à empêcher la structure de s'effondrer lors d'un tremblement de terre."

Le travail s'appuie sur des recherches antérieures menées par Huang et ses collègues. Leurs études antérieures ont démontré comment un métamatériau passif pouvait contrôler le cheminement des ondes sonores lorsqu'elles se déplacent d'un coin à l'autre d'un matériau.

Reference: “Smart patterning for topological pumping of elastic surface waves” by Shaoyun Wang, Zhou Hu, Qian Wu, Hui Chen, Emil Prodan, Rui Zhu and Guoliang Huang, 28 July 2023, Science Advances<em>Science Advances</em> is a peer-reviewed, open-access scientific journal that is published by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). It was launched in 2015 and covers a wide range of topics in the natural sciences, including biology, chemistry, earth and environmental sciences, materials science, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"Science Advances.DOI: 10.1126/sciadv.adh4310/p>