보이지 않는 양자파가 실시간으로 모양을 바꾸는 초소재를 만들어냅니다.

심해 해면의 견고하면서도 가벼운 골격과 같은 놀라운 소재는 엔지니어들에게 극한 환경에 적응할 수 있는 고도로 발전된 메타물질 개발에 영감을 주었습니다. 새로운 연구는 거시 및 나노 스케일 자가 조립 소재 간의 지식 격차를 해소하여 로봇 공학, 기계 공학, 정보 기술을 포함한 여러 분야의 기술을 발전시킴으로써 이러한 개념을 한 단계 더 발전시키고 있습니다. 출처: NOAA 오케아노스 탐사 프로그램

연구자들은 이제 자연에서 거의 존재하지 않는 특이한 특성을 가진 나노물질의 자기 조립 과정에서 포논 동역학과 파동 전파를 관찰할 수 있습니다. 이러한 발전을 통해 연구자들은 원하는 기계적 특성을 재구성 가능하고 용액 공정이 가능한 메타물질에 통합할 수 있게 되며, 이러한 메타물질은 충격 흡수부터 고출력 컴퓨터 응용 분야에서 음향 및 광학 에너지를 유도하는 장치에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 가질 수 있습니다.

포논은 원자, 입자, 3D 프린팅된 힌지 등 재료의 구성 요소를 통과하며 진동하고 에너지를 전달하는 불연속적인 에너지 파동 묶음으로 볼 수 있는 자연 현상입니다. 이는 열의 전달, 소리의 흐름, 심지어 지진에 의해 형성되는 지진파를 포함한 다양한 맥락에서 관찰되는 공통적인 특성에 대한 양자역학적 설명입니다.

인공 및 천연 재료 모두 특정 경로를 따라 포논을 이동시켜 특정한 기계적 특성을 부여하도록 설계되었습니다. 이러한 두 가지 실제 사례로는 지진 발생 시 지진파에 저항하는 구조물에 사용되는 재료와, 심해 해면 동물의 견고하면서도 가벼운 골격 구조의 진화가 있습니다. 이러한 진화는 심해 환경의 극한 압력을 견딜 수 있도록 합니다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 재료 과학 및 공학 교수인 첸 첸(Qian Chen)은 "일리노이 대학교 연구실에서 개발한 액상 전자 현미경 기술을 사용하여 진행한 이번 연구는 나노입자 자가 조립에서 포논 동역학을 관찰한 최초의 사례로, 새로운 유형의 기계적 메타물질 역할을 합니다."라고 말했습니다.

마오는 "이를 통해 나노스케일 구성 요소와 그 고유한 광학적, 전자기적, 화학적 특성을 기계적 메타물질에 통합할 수 있는 새로운 연구 분야가 열립니다."라고 말하며, "로봇공학, 기계공학, 정보기술 등 다양한 분야에서 신기술이 활용될 수 있을 것입니다."라고 덧붙였습니다.

팬은 "이 연구는 머신 러닝이 복잡한 입자 시스템 연구를 발전시켜 복잡한 역학에 의해 지배되는 자기 조립 경로를 관찰할 수 있게 해 줄 잠재력을 보여줍니다."라고 말했습니다. "머신 러닝과 인공지능을 활용하여 재구성 가능한 콜로이드 메타물질의 데이터 기반 역설계를 위한 새로운 길을 열어줍니다."

해군 연구소, 국가 과학 재단, 경쟁 연구 촉진을 위한 국방 설립 프로그램, 육군 연구소가 이 연구를 지원했습니다.

첸 박사는 또한 일리노이 대학교의 재료연구소, 화학, 화학 및 생물분자공학, 칼 R. 워즈 게놈생물학 연구소, 베크만 첨단과학기술연구소에 소속되어 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250619090857.htm