A Missouri Egyetem tudósai olyan szintetikus 4D metaanyagot hoztak létre, amely képes szabályozni az energiahullámokat szilárd felületeken. A felfedezés nem csak a kvantummechanika, valamint a kvantumszámítástechnika területén okozhat fejlődést, de meglepő módon a földrengések okozta károkat is mérsékelheti.

A mindennapi élet során három dimenzióval találkozunk: egy X, Y és Z tengely mentén, vagy másként: fel és le, balra és jobbra, valamint előre és hátra. Az elmúlt években azonban olyan tudósok, mint Guoliang Huang (Missouri Egyetem Huber és Helen Croft mérnöki tanszéke), felfedeztek egy „negyedik dimenziót” (4D), vagy másként: szintetikus dimenziót, amely mintegy kiterjeszti a jelenlegi fizikai valóságunk, mivel a negyedik dimenzióban olyan geometriai lehetőségek is megnyílnak, amelyek 3 dimenzióban nem.

Mint arról a sajtóközlemény beszámol, Huang és csapata sikeresen létrehoztak egy új, 4D képességekkel rendelkező szintetikus metaanyagot, ami lehetővé teszi az energiahullámok szabályozását a szilárd anyagi felületeken. Ezek az energiahullámok, amelyeket mechanikai felületi hullámoknak neveznek, alapvetően fontosak a rezgések szilárd anyagok felületén történő továbbításához. A mostani munka Huang és munkatársai által végzett korábbi kutatásokra épül – ezek azt azt mutatták be, hogy egy passzív metaanyag miként képes szabályozni a hanghullámok útját, miközben azok az anyag egyik sarkából a másikba terjednek.

A mostani felfedezés a jelenlegi szakaszban inkább csak egy “építőelem”, egy alapzat a többi tudós számára, hogy ezt szükség szerint alkalmazhassák, és az anyagban megvan a lehetőség arra is, hogy a mélyépítéshez, a mikro-elektromechanikai rendszerekhez (MEMS) sőt akár a komolyabb nemzetvédelmi alkalmazásokhoz is kibővíthető legyen. Mint Huang elmondta:

"A hagyományos anyagok csak három dimenzióra korlátozódnak, X, Y és Z tengellyel. Most azonban a szintetikus dimenzióban vagy 4D-ben olyan építőanyagokat használunk, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy az energiahullám útját úgy manipuláljuk, hogy pontosan oda menjen, amerre szeretnénk, amikor az az anyag egyik sarkából a másikba halad."

Az úttörő felfedezést „topológiai pumpálásnak” hívják (topological pumping), és akár a kvantummechanika és a kvantumszámítástechnika területén is komoly fejlődéshez vezethet. Elsőre talán meglepő módon azonban földrengésvédelmi alkalmazása is szóba jöhet. Jobban belegondolva azonban a fölrengés is rezgések, energihullámok mechanikai terjedése – mint azt Huang elmondta:

"A földrengésből származó energia nagy része – 90%-a – a Föld felszínén történik. Ezért, ha egy párnaszerű szerkezetet takarnak be ezzel a metaanyaggal, és ezt egy épület alá helyezik, akkor az potenciálisan segíthet megakadályozni, hogy a szerkezet összedőljön egy földrengés során."

(Kép: Guoliang Huang/University of Missouri)