Ученым из Технологического института Карлсруэ (KIT) удалось создать новый класс материалов, которые могут обладать практически любыми механическими свойствами.

На базе новых стабильных кристаллических метажидкостей можно создавать, например, уникальные акустические призмы и совершенно новые акустические и оптические системы.

Новый материал относится к классу pentamode, предложенному в 1995 году Грэмом Мильтоном и Андреем Черкаевым. Тогда это была чисто теоретическая концепция механического поведения материалов, таких как золото или вода, выраженного параметрами сжатия и сдвига. Например, вода не может быть сжата в цилиндре, но может быть перемешана ложкой, таким образом ее можно описать через параметры сжатия и сдвига.

Слово penta имеет древнегреческое происхождение и означает «пять». В случае воды пять параметров сдвига равны нулю, и только один параметр (сжатия) отличается от этого значения. С этой точки зрения идеальное состояние pentamode-метаматериала соответствует состоянию воды, поэтому данные материалы и называют метажидкостями.

Теоретически путем изменения соответствующих параметров, можно получить материал с любыми мыслимыми механическими свойствами. Но до сих пор создать pentamode-материал не удавалось.

Рис. 1. Стабильная «четырехногая» наноструктура (оранжевый цвет) является основным элементом pentamode-метаматериала. Она формирует прочный трехмерный кристалл, позволяющий создавать материал с уникальными механическими свойствами.

Немецкие ученые создали прототип уникального полимера, механическое поведение которого определяется остротой и длиной четырех отдельных «лучей» искусственной базовой наноструктуры. Для этого потребовалось соблюсти ряд сложных условий. С одной стороны нужно было создать специфические структуры в нанометровом диапазоне и соединить их друг с другом под прямым углом. С другой стороны, необходимо было создать полноценную крупную трехмерную структуру, проще говоря, «кусок материала».

Для этого пришлось применить технику записи лазерным лучом, разработанную компанией Nanoscribe. Она заключается в структурировании светочувствительных материалов в трех измерениях с помощью импульсного лазера и позволяет производить сложные микроскопические структуры заданной формы.