不可见量子波实时打造变形超材料

声子是一种自然现象，可被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打印的铰链）中穿行，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、声波传播乃至地震形成的地震波。

部分人工和天然材料被设计用于引导声子沿特定路径运动，从而赋予材料特定机械属性。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。

"通过我们在伊利诺伊大学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，这些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钱晨表示。

"这开辟了一个新的研究领域，纳米级结构单元及其固有的光学、电磁和化学特性可被整合到机械超材料中，"毛教授补充道，"这将推动从机器人技术、机械工程到信息技术等多领域的新兴技术发展。"

"该研究同时证明了机器学习在推进复杂粒子系统研究方面的潜力，使我们能够观测由复杂动力学主导的自组装路径，"潘教授指出，"这为利用机器学习和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、国防部竞争性研究激励计划及陆军研究办公室的资助。

钱晨教授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·R·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。