科学家首次直接观测到自组装纳米材料中的声子波动力学，这一突破为可定制化、可重构超材料解锁了潜力，其应用范围涵盖从减震器到高级计算等多个领域。
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，包括热量传递、声音传导乃至地震形成的地震波。
某些人工与天然材料被设计成能引导声子沿特定路径传播，从而赋予特定机械属性。两个现实案例包括：建筑结构中用于抵抗地震波的抗震材料，以及深海海绵演化出的坚韧而轻量化骨架——这种结构使其能承受深水环境的极端压力。
"利用伊利诺伊大学实验室研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存在，"伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程教授陈倩表示。
"这开辟了全新研究领域：可将具有本征光学、电磁与化学特性的纳米级构建单元融入机械超材料，"毛教授补充道，"从而推动机器人、机械工程到信息技术等多领域的新兴技术发展。"
"该研究同时证明了机器学习在推进复杂粒子系统研究中的潜力，使我们能观测受复杂动力学控制的自组装路径，"潘教授指出，"这为利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。"
本研究获得海军研究办公室、国家科学基金会、国防刺激竞争研究计划及陆军研究办公室的资助。
陈倩同时任职于材料研究实验室、化学系、化学与生物分子工程系、Carl R. Woese基因组生物学研究所，以及伊利诺伊大学贝克曼先进科学技术研究所。