Mekaniska metamaterial, som uppvisar ovanliga egenskaper såsom formformning och programmerbarhet, har visat sig visa ytterligare överraskande funktioner. När materialen är ett steg i storlek större, nya regler verkar gälla. Detta upptäcktes av forskare vid AMOLF, Leiden University och University of Amsterdam. Deras resultat kommer att publiceras i Naturfysik den 25 september.

"I standardmaterial som ett gummiband, vi förstår vad som händer när du lägger till mer material, "säger författaren Corentin Coulais." Om du gör gummibandet dubbelt så länge, då är det dubbelt så lätt att stretcha. Det är grundläggande mekanik. Men mekaniska metamaterial är olika. Raka motsatsen kan hända. Till exempel, vi upptäckte att ett långt metamaterial faktiskt kan vara styvare än ett kort. "

Tills nu, forskningen om metamaterial fokuserades på relativt små system där aspekter som programmerbarhet lätt kan undersökas. "Dock, vi misstänkte att olika effekter skulle uppstå i större system, "säger Coulais." Vi har nu studerat det mycket. "

Som postdoc i gruppen för mekaniska metamaterial av Martin van Hecke, Coulais undersökte en relativt enkel remsa av metamaterial tillsammans med Leiden University masterstudent Chris Kettenis. Detta unidimensionella metamaterial, uppbyggd av styva element som kan rotera något i förhållande till varandra, blev oväntat styvare när dess längd fördubblades. Den slående skaleffekten inträffade också för de mer komplexa två- och tredimensionella metamaterialen.

Teamet upptäckte också att det också fanns en karakteristisk längdskala som markerade övergången från liten till stor. Coulais säger, "Vi ser det ovanför denna skala, metamaterialens speciella funktionalitet slits ut, så att säga. Specialeffekterna av den geometriska strukturen sprids ut. "

Coulais betonar att endast metamaterialets konstruktion är ansvarig för den karakteristiska längdskalan. Ta, till exempel, påverkan av flexibiliteten hos svängpunkterna mellan rutorna. De inneboende egenskaperna hos gummit som metamaterialet är tillverkat av är inte relevanta. "Detta är verkligen ett nytt fysikfenomen som vi nu har kunnat återskapa i datasimuleringar också."

Det är klart att konstruktörer av metamaterial bör ta hänsyn till den karakteristiska längdskalan. Dock, detta begränsar inte möjligheterna, säger Coulais. "Tvärtom, den nya fysiken som vi nu beskriver i Naturfysik introducerar faktiskt ett helt nytt utbud av möjligheter. "

En annan konsekvens av skalaeffekterna kom också fram. När materialet är större, en liten förskjutning i positionen för tryckpunkten kommer att ge upphov till en helt annan reaktion av materialet. Detta öppnar möjligheter att designa material som innehåller olika typer av beteenden. Ett exempel är ett material som kan vara både flexibelt och styvt beroende på hur det är förträngt. Coulais är nu anställd vid Institute of Physics vid University of Amsterdam (UvA), där han fortsätter sitt banbrytande arbete med sin egen forskargrupp. "Det finns fortfarande mycket att upptäcka om dessa ovanliga material."