Investigadores han logrado observar por primera vez la dinámica de fonones en nanomateriales autoensamblados, utilizando una técnica de microscopía electrónica de fase líquida. Este avance permite el diseño de metamateriales reconfigurables con aplicaciones en absorción de impactos y dispositivos que guían energía acústica y óptica en aplicaciones informáticas de alta potencia.
Los fonones son paquetes discretos de energía que se propagan a través de los bloques constructivos de los materiales, causando vibraciones y transferencia de energía. Controlar la propagación de fonones en materiales permite impartir propiedades mecánicas específicas. Por ejemplo, materiales diseñados para resistir ondas sísmicas durante terremotos o los esqueletos ligeros de esponjas de aguas profundas que soportan presiones extremas.
La investigación, publicada en la revista Nature Materials, combina el ensamblaje de nanopartículas con principios de metamateriales mecánicos, permitiendo la ingeniería de propiedades mecánicas a través del diseño estructural. La colaboración multidisciplinaria involucró a expertos de la Universidad de Illinois, la Universidad de Michigan y la Universidad de Wisconsin-Madison.
Este trabajo también demuestra el potencial del aprendizaje automático para avanzar en el estudio de sistemas complejos de partículas, facilitando la observación de sus trayectorias de autoensamblaje gobernadas por dinámicas complejas. Abre nuevas avenidas para el diseño basado en datos de metamateriales coloidales reconfigurables utilizando inteligencia artificial.
Los resultados de este estudio ofrecen oportunidades para comprender y fabricar nanostructuras autoensambladas para la manipulación de fonones, ofreciendo procesabilidad en solución, transformabilidad y funciones emergentes en escalas de longitud, frecuencia y densidad de energía aún no exploradas.