日常生活涉及三个维度(3D)，沿着X、Y和Z轴，或上下、左右、前后。但近年来，像密苏里大学胡贝尔和海伦·克罗夫特工程系主任黄国梁这样的科学家，已经探索了“第四维度”(4D)，或称合成维度，作为我们当前物理现实的延伸。
现在，Huang和MU工程学院结构材料与动力学实验室的一组科学家成功地创造了一种具有4D能力的新型合成超材料，包括控制固体材料表面的能量波的能力。这些波被称为机械表面波，是振动如何沿着固体材料表面传播的基础。
这项名为“弹性表面波拓扑泵送的智能模式”的研究发表在《科学进展》杂志上。
虽然该团队的发现，在这个阶段，只是其他科学家根据需要采取和适应的基础，但这种材料也有可能扩大到与土木工程，微机电系统(MEMS)和国防用途相关的更大应用中。
“传统材料仅限于X、Y和Z轴的三个维度，”黄说。“但现在我们正在合成维度或4D中构建材料，这使我们能够操纵能量波路径，使其在从材料的一个角落传播到另一个角落时精确地到达我们想要的地方。”
这一突破性的发现被称为拓扑泵浦，有一天，通过允许更高维度量子力学效应的发展，可能会导致量子力学和量子计算的进步。
“地震产生的大部分能量——90%——都发生在地球表面，”黄说。“因此，用这种材料覆盖一个枕头状的结构，并把它放在建筑物下面的地球表面，它可能有助于防止结构在地震中倒塌。”
这项工作建立在Huang和他的同事之前的研究基础上，该研究展示了被动超材料如何控制声波从材料的一个角落传播到另一个角落的路径。
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