日常生活涉及三个维度(3D)，即沿X、Y和Z轴，或上下、左右、前后。但近年来，密苏里大学胡贝尔和海伦·克罗夫特工程系主任黄国良等科学家探索了“第四维度”(4D)或合成维度，作为我们当前物理现实的延伸。

现在，黄和密歇根大学工程学院结构材料与动力学实验室的科学家团队成功创造了一种具有4D功能的新型合成超材料，包括控制固体材料表面能量波的能力。这些波称为机械表面波，是振动沿着固体材料表面传播的基础。

这项研究“弹性表面波拓扑泵浦的智能图案”发表在《科学进展》上。

虽然该团队的发现在现阶段只是供其他科学家根据需要采用和调整的基础，但该材料也有可能扩大规模，用于与土木工程、微机电系统(MEMS)和国防用途。

“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准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，有一天可能会通过允许更高维度的量子力学效应的发展而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，通过用这种材料覆盖一个类似枕头的结构并将其放置在建筑物下方的地球表面上，它可能有助于防止该结构在地震期间倒塌。”

这项工作建立在黄及其同事之前的研究基础上，该研究展示了无源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时的路径。

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