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 avancées 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, autrement connue sous le nom de dimension synthétique.
La vie quotidienne implique les trois dimensions ou 3D – le long d’un axe X, Y et Z, ou haut et bas, gauche et droite, et avant et arrière. Mais, ces dernières années, des scientifiques comme Guoliang Huang, titulaire de la chaire Huber et Helen Croft en ingénierie de l’Université du Missouri, ont exploré une « quatrième dimension » (4D), ou dimension synthétique, en tant qu’extension de notre réalité physique actuelle.
Création d’un nouveau métamatériau synthétique
Récemment, Huang et une équipe de scientifiques du laboratoire des matériaux structurés et de la dynamique du MU College of Engineering ont réalisé une percée significative. Ils ont créé avec succès un nouveau métamatériau synthétique avec des 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 pour la façon dont les vibrations se propagent à la surface des matériaux solides.
Un rendu du nouveau métamatériau synthétique avec des 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
Alors que la découverte de l’équipe, à ce stade, n’est qu’un élément de base que d’autres scientifiques peuvent prendre et adapter selon les besoins, le matériau a également le potentiel d’être étendu à des applications plus larges liées au génie civil, aux systèmes micro-électromécaniques (MEMS) et usages de la défense nationale.
Guoliang Huang. Crédit : Guoliang Huang/Université du Missouri
Le potentiel des matériaux synthétiques 4D
« Les matériaux conventionnels sont limités à seulement trois dimensions avec un axe X, Y et Z », a déclaré Huang. « Mais maintenant, nous construisons des matériaux dans la dimension synthétique, ou 4D, ce qui nous permet de manipuler le chemin de l’onde d’énergie pour qu’elle aille exactement là où nous voulons qu’elle aille lorsqu’elle se déplace d’un coin d’un matériau à un autre. »
Cette découverte révolutionnaire, appelée « pompage topologique », pourrait potentiellement conduire à des avancées en mécanique quantique et l’informatique quantique. Cela est dû au développement d’effets de mécanique quantique de dimension supérieure que cela pourrait permettre.
Application potentielle dans l’atténuation des tremblements de terre
« La majeure partie de l’énergie – 90 % – 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 dans ce matériau et en la plaçant sur 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 chemin des ondes sonores lorsqu’elles se déplacent d’un coin d’un matériau à un autre.
L’étude a été publiée dans Avancées scientifiques, un journal de l’Association américaine pour l’avancement des sciences (AAAS). Il est soutenu par des subventions de l’Air Force Office of Scientific Research et de l’Army Research Office.
