Des scientifiques créent une nouvelle approche pour contrôler les ondes d’énergie en 4D
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La vie quotidienne implique les trois dimensions ou 3D – le long d’un axe X, Y et Z, ou haut et bas, gauche et droite, et avant et arrière. Mais, ces dernières années, des scientifiques comme Guoliang Huang, titulaire de la chaire Huber et Helen Croft en ingénierie de l’Université du Missouri, ont exploré une “quatrième dimension” (4D), ou dimension synthétique, en tant qu’extension de notre réalité physique actuelle.
Aujourd’hui, Huang et une équipe de scientifiques du laboratoire de matériaux structurés et de dynamique du MU College of Engineering ont créé avec succès un nouveau métamatériau synthétique doté de capacités 4D, notamment la capacité de contrôler les ondes d’énergie à la surface d’un matériau solide. Ces ondes, appelées ondes mécaniques de surface, sont fondamentales pour la façon dont les vibrations se propagent à la surface des matériaux solides.
Alors que la découverte de l’équipe, à ce stade, n’est qu’un élément de base que d’autres scientifiques peuvent prendre et adapter selon les besoins, le matériau a également le potentiel d’être étendu à des applications plus larges liées au génie civil, aux systèmes micro-électromécaniques (MEMS) et usages de la défense nationale.
“Les matériaux conventionnels sont limités à seulement trois dimensions avec un axe X, Y et Z”, a déclaré Huang. “Mais maintenant, nous construisons des matériaux dans la dimension synthétique, ou 4D, qui nous permet de manipuler le chemin des ondes d’énergie pour qu’elles aillent exactement là où nous voulons qu’elles aillent lorsqu’elles se déplacent d’un coin d’un matériau à un autre.”
Cette découverte révolutionnaire, appelée pompage topologique, pourrait un jour conduire à des avancées en mécanique quantique et en informatique quantique en permettant le développement d’effets de mécanique quantique de plus grande dimension.
“La majeure partie de l’énergie – 90 % – d’un tremblement de terre se produit à la surface de la Terre”, a déclaré Huang. “Par conséquent, en recouvrant une structure en forme d’oreiller dans ce matériau et en la plaçant sur la surface de la Terre sous un bâtiment, cela pourrait potentiellement aider à empêcher la structure de s’effondrer lors d’un tremblement de terre.”
Le travail s’appuie sur des recherches antérieures de Huang et de ses collègues qui démontrent comment un métamatériau passif pourrait contrôler le chemin des ondes sonores lorsqu’elles se déplacent d’un coin d’un matériau à un autre.
