无形的量子波实时打造具备变形能力的超级材料

声子是一种自然现象，可视为离散的能量波包，它们在材料的构成单元（无论是原子、粒子还是3D打印铰链）中传播，引发振动并传递能量。这是对多种场景中常见特性的量子力学描述，包括热传导、声音传播乃至地震形成的地震波。

某些人工与天然材料被设计用于引导声子沿特定路径运动，从而赋予特定机械属性。现实中的两个例证包括：建筑结构中用于抵御地震波的抗震材料，以及深海海绵演化出的坚固轻质骨架——这种结构使其能承受深水环境的极端压力。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程教授钱晨表示：「通过运用本实验室开发的液相电子显微镜技术，这项新研究首次实现了对纳米粒子自组装体系中声子动力学的观测，这类体系作为一种新型机械超材料发挥作用。」

毛教授指出：「这开辟了全新研究领域，纳米级结构单元及其固有的光学、电磁与化学特性可被整合进机械超材料，从而推动从机器人技术、机械工程到信息技术等多领域的新兴技术发展。」

潘教授补充道：「该工作同时证明了机器学习推动复杂粒子系统研究的潜力，使我们能够观测由复杂动力学主导的自组装路径。这为采用机器学习与人工智能实现可重构胶体超材料的数据驱动逆向设计开辟了新途径。」

本研究获得了海军研究办公室、国家科学基金会、国防部促进竞争性研究计划及陆军研究办公室的资助。

钱晨同时任职于该校材料研究实验室、化学系、化学与生物分子工程系、卡尔·沃斯基因组生物学研究所以及贝克曼先进科学技术研究所。

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Materialsprovided byUniversity of Illinois at Urbana-Champaign, News Bureau.Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Chang Qian, Ethan Stanifer, Zhan Ma, Lehan Yao, Binbin Luo, Chang Liu, Jiahui Li, Puquan Pan, Wenxiao Pan, Xiaoming Mao, Qian Chen.Nanoscale phonon dynamics in self-assembled nanoparticle lattices.Nature Materials, 2025; DOI:10.1038/s41563-025-02253-3