Сотрудники Мичиганского университета вместе с коллегами представили инновационный способ наблюдения за динамикой внутреннего движения квантовых частиц, известных как фононы, в материалах. Этот подход позволит ученым усовершенствовать разработку метаматериалов — веществ, демонстрирующих экзотические свойства. Они способны перестраиваться и синтезироваться из растворов с самособирающимися наночастицами. Такие материалы находят применение в широком спектре отраслей, начиная с защиты конструкций от механических воздействий и заканчивая управлением энергией света и звука в высокотехнологичных устройствах, пишет Phys.org.
Фононы представляют собой колебания, распространяющиеся в виде квантов энергии по материалам различного происхождения — будь то кристаллические решетки атомов, коллоидные системы или элементы сложных инженерных конструкций. Их поведение отражает фундаментальные законы квантовой механики и проявляется в разнообразнейших процессах, таких как теплопередача, распространение звуковых волн и образование подземных толчков при землетрясениях.
Некоторые материалы, как природного, так и синтетического происхождения, способны направлять движение фононов по строго заданным маршрутам, приобретая вследствие этого особые механические качества. Метод жидкофазной электронной микроскопии, созданный в лаборатории в Иллинойсе, позволил впервые зафиксировать динамику фононов в структурах, образуемых самоорганизацией наночастиц. Благодаря новому подходу ученым будет проще манипулировать формой и структурой будущих наномасштабных метаматериалов.
Сообщается, что экспериментаторы применяли жидкофазную электронную микроскопию для отслеживания колебательных траекторий золотых наночастиц. Они определяли структуры фононных полос, а затем сравнивали их с результатами упрощенной механической модели для определения характеристик упругости наноразмерных элементов. Дело не обошлось без применения возможностей машинного обучения.
«Наша работа также показывает, какой мощный инструмент представляет собой машинное обучение для изучения динамики сложных систем частиц, открывая путь к созданию управляемых реконфигурируемых коллоидных метаматериалов с применением искусственного интеллекта», — заключают специалисты.
Тем временем в России создали материал для улучшения кремниевых микросхем.
