Større er anderledes - den usædvanlige fysik af mekaniske metamaterialer udsat

Mekaniske metamaterialer, som udviser usædvanlige egenskaber såsom formformning og programmerbarhed, har vist sig at vise yderligere overraskende funktioner. Når materialerne er et trin i størrelse større, nye regler ser ud til at gælde. Dette blev opdaget af forskere ved AMOLF, Leiden University og University of Amsterdam. Deres resultater vil blive offentliggjort i Naturfysik den 25. september.

"I standardmaterialer såsom et gummibånd, vi forstår, hvad der sker, når du tilføjer mere materiale, " siger førsteforfatter Corentin Coulais. "Hvis du gør gummibåndet dobbelt så langt, så er det dobbelt så let at strække. Det er grundlæggende mekanik. Men mekaniske metamaterialer er forskellige. Det stik modsatte kan ske. For eksempel, vi opdagede, at et langt metamateriale faktisk kan være stivere end et kort. "

Indtil nu, forskningen i metamaterialer var fokuseret på relativt små systemer, hvor aspekter som programmerbarhed let kan undersøges. "Imidlertid, vi havde mistanke om, at forskellige effekter ville forekomme i større systemer, "siger Coulais." Det har vi nu undersøgt grundigt. "

Som postdoc i gruppen for mekaniske metamaterialer af Martin van Hecke, Coulais undersøgte en forholdsvis enkel stribe metamateriale sammen med Leiden University -kandidatstuderende Chris Kettenis. Dette unidimensionelle metamateriale, bygget op af stive elementer, der kan rotere lidt i forhold til hinanden, uventet blev stivere, da dens længde blev fordoblet. Den slående skalaeffekt forekom også i tilfælde af de mere komplekse to- og tredimensionelle metamaterialer.

Holdet opdagede også, at der også var en karakteristisk længdeskala, der markerede overgangen fra lille til stor. Coulais siger, "Vi ser det over denne skala, metamaterialernes særlige funktionalitet slides, så at sige. De specielle effekter af den geometriske struktur bliver spredt ud."

Coulais understreger, at det kun er metamaterialets design, der er ansvarlig for den karakteristiske længdeskala. Tage, for eksempel, påvirkningen af ​​fleksibiliteten af ​​drejepunkterne mellem firkanter. De iboende egenskaber af gummiet, som metamaterialet er lavet af, er ikke relevante. "Dette er virkelig et nyt fysikfænomen, som vi nu også har været i stand til at gengive i computersimuleringer."

Det er klart, at designere af metamaterialer bør tage den karakteristiske længdeskala i betragtning. Imidlertid, dette begrænser ikke mulighederne, siger Coulais. "Tværtimod, den nye fysik, som vi nu beskriver i Naturfysik introducerer faktisk en helt ny række muligheder. "

En anden konsekvens af skalaeffekterne kom også frem. Når materialet er større, en lille forskydning i trykpunktets position vil give anledning til en helt anden reaktion af materialet. Dette åbner muligheder for at designe materialer, der inkorporerer forskellige former for adfærd. Et eksempel er et materiale, der kan være både fleksibelt og stift afhængigt af, hvordan det er indsnævret. Coulais er nu ansat ved Institut for Fysik ved Universitetet i Amsterdam (UvA), hvor han fortsætter sit pionerarbejde med sin egen forskergruppe. "Der er stadig meget at opdage om disse usædvanlige materialer."