新型五模超材料问世

　　卡尔斯鲁厄理工学院（KIT：Karlsruhe Institute of Technology）马丁?韦格纳（Martin Wegener）教授领导的研究小组，成功制成一种新型材料，他们制成一种稳定的结晶超流体，是一种五模（pentamode）超材料。使用新的纳米结构的方法，这些材料现在首次制成，具有可以想象的任何力学性能。

　　研究人员会发表他们的成果，作为《应用物理快报》（Applied Physics Letters）五月号的封面故事。论文摘要5月7日发表于杂志网站，题为《具有实用性的五模力学超材料》（On the practicability of pentamode mechanical metamaterials）。

　　可以这么说，卢比肯（Rubicon）奔忙在德国研究协会（DFG）功能纳米结构中心（CFN：Center for Functional Nanostructures）和卡尔斯鲁厄理工学院应用物理研究所（AP：Institute of Applied Physics），在过去的几个月就是这样。最后，众多的三维转换声学创意，例如隐声斗蓬，声学棱镜或新的扬声器概念，在不久的将来就有可能成为现实。

　　五模是格雷姆?米尔顿（Graeme Milton）和契科夫?安德烈（Andrej Cherkaev）在1995年提出的，到目前为止，它一直是纯理论性的：金或水等这些材料的力学性能，可以采用压缩和剪切参数来表示。例如，水在圆柱体中几乎不能被压缩，这种现象就要用压缩参数描述，它可以用勺子向各个方向搅动，这个事实要用剪切参数（shear parameters）表示。

　　单词“penta”源于古希腊，意为“五”。在水的情况下，剪切参数等于零，只有一个参数，就是压缩，不同于这个值。在参数方面，理想状态的五模超材料相当于水的状态，这就是为什么这种材料被称为超流体（metafluid）。从理论上说，任何可以想象的力学性能都可以获得，只需改变相关参数。

　　“制作五模超材料非常难，就像用大头针制作脚手架，而且只能在末端接触。”论文第一作者穆么?卡迪奇（Muamer Kadic）博士解释说。“卡尔斯鲁厄理工学院的这一原型是用聚合物制造的。这种材料的力学性能取决于单个塔糖（sugar loaves）的锐度和长度。”一方面，我们必须设计纳米尺度范围的小塔糖，使它们相互连接，形成直角。另一方面，整个结构最终必须尽可能大。因为材料本身只占相关体积的百分之一多一点，因此，制成的复合材料是非常轻的。

　　“要获得类似的3D效果，就像在变换光学中那样，变换声学也完全依赖于超材料。因此，首次制成我们这种五模超材料是一个相当了不起的成就，”铁莫?布克曼（Tiemo Bückmann）补充说，他很快就会获得应用物理研究所的文凭，会负责制作这种新材料结构，采用浸泡激光书写（dip-in laser writing），这种方法源自直接激光书写，是纳米书写公司（Nanoscribe）开发出来的。

　　近年来，应用物理研究所和功能纳米结构中心的协调员马丁?韦格纳教授和他的合作者，开发出一种直接激光写入技术，而且，采用这种方法，制成光学光刻三维纳米结构。韦格纳研究小组在变换光学方面累累硕果，例如，第一款可见光范围的三维隐形斗篷就是采用这项技术制作的。