科學家們設計了一種合成超材料，引導機械波沿著特定路徑前進，為4D 現實（又稱合成維度）增添了一層創新的控制能力。日常生活涉及三維空間，即X、Y 和Z 軸，或上下、左右、前後。但是，近年來，密蘇里大學休伯和海倫-克羅夫特工程學講座教授黃國樑等科學家探索了”第四維”（4D），即合成維度，作為我們當前物理現實的延伸。

最近，黃與密蘇里大學工程學院結構材料與動力學實驗室的科學家團隊一起取得了一項重大突破。他們成功創造了一種具有4D 功能的新型合成超材料。這包括在固體材料表面控制能量波的能力。這些能量波被稱為機械表面波，是固體材料表面振動傳播的基礎。

密蘇里大學科學家設計的具有4D 功能的新型合成超材料效果圖。它包括在固體材料表面控制能量波的能力。圖片來源：Guoliang Huang/密蘇里大學

雖然該團隊的發現在現階段只是一個構件，供其他科學家根據需要加以利用和改造，但這種材料也有可能被放大，用於與土木工程、微機電系統（MEMS）和國防用途相關的更大應用。

黃國樑密蘇里大學

“傳統材料僅限於X、Y 和Z 軸三個維度，”黃國樑說。”但現在，我們正在建造合成維度（即4D）的材料，這使我們能夠操縱能量波的路徑，讓它從材料的一個角落到達另一個角落時，準確地到達我們想要到達的地方。”

這一突破性發現被稱為’拓撲抽運’，有可能帶來量子力學和量子計算的進步。這是因為它可能會發展出更高維度的量子力學效應。

“地震的大部分能量–90%–都發生在地球表面，”黃國樑說。”因此，將這種材料覆蓋在類似枕頭的結構上，並將其置於建築物下方的地球表面，就有可能幫助建築物在地震中避免倒塌。”

這項工作建立在黃和他的同事之前進行的研究基礎之上。他們之前的研究表明，當聲波從材料的一個角落傳播到另一個角落時，被動超材料可以控制聲波的傳播路徑。