Фононы - это природные явления, которые можно рассматривать как дискретные пакеты энергетических волн, которые проходят через строительные блоки материалов, будь то атомы, частицы или шарниры, напечатанные на 3D-принтере, заставляя их вибрировать и передавать энергию. Это квантово-механическое описание общих свойств, наблюдаемых в различных контекстах, включая передачу тепла, поток звука и даже сейсмические волны, формируемые землетрясениями.

Некоторые материалы, как искусственные, так и натуральные, предназначены для перемещения фононов по определенным траекториям, придавая им определенные механические свойства. Два реальных примера этого включают материалы, используемые в конструкциях для защиты от сейсмических волн во время землетрясений, и эволюцию прочных, но легких скелетов глубоководных губок, которые позволяют им выдерживать экстремальные нагрузки глубоководной среды.

"Используя метод жидкофазной электронной микроскопии, разработанный в нашей лаборатории в Иллинойсе, новое исследование знаменует собой первый случай, когда мы смогли наблюдать динамику фононов в самосборках наночастиц, действующих как новый тип механических метаматериалов", - сказал Цянь Чен, профессор материаловедения и инженерии в университете Иллинойса. Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне.

"Это открывает новую область исследований, в которой наноразмерные строительные блоки - наряду с присущими им оптическими, электромагнитными и химическими свойствами - могут быть включены в механические метаматериалы, - сказал Мао, - что позволяет использовать новые технологии во многих областях, от робототехники и машиностроения до информационных технологий".

"Эта работа также демонстрирует потенциал машинного обучения для продвижения изучения сложных систем частиц, позволяя наблюдать пути их самосборки, управляемые сложной динамикой", - сказал Пан. "Это открывает новые возможности для управляемого данными обратного проектирования реконфигурируемых коллоидных метаматериалов с использованием машинного обучения и искусственного интеллекта".

Управление военно-морских исследований, Национальный научный фонд, созданная Министерством обороны программа стимулирования конкурентоспособных исследований и Исследовательское управление армии поддержали это исследование.

Чен также связан с Лабораторией исследования материалов, химии, химической и биомолекулярной инженерии, Институтом геномной биологии Карла Р. Везе и Институтом передовых наук и технологий Бекмана в Университете Айовы.