Взаимодействие двух типов частиц в метаматериале до (слева) и после растягивания.

Американские математики предложили концепцию создания метаматериалов с отрицательной сжимаемостью. Такие материалы будут сжиматься при растягивании и расширяться при сжатии. Работа опубликована в журнале Nature Materials. Концепция создания метаматериала с необычным поведением основана на четкой структуризации в его составе двух типов частиц. В предложенной модели пара частиц с сильной связью разделена парой слабо взаимодействующих частиц. При этом, однако, внутренняя пара частиц не дает сблизиться паре сильно взаимодействующих частиц.

Когда внешняя сила начинает растягивать метаматериал, прежде всего разрушается слабая связь между внутренними частицами, что позволяет сильно взаимодействующим частицам сблизиться. В результате сжимается и материал целиком. При обратном процессе внешняя сила начинает сжимать метаматериал, и между свободными внутренними частицами возникает больше связей, что приводит к более сильному отталкиванию внешних частиц и расширению материала.

Частицы, фигурирующие в работе, пока являются гипотетическими, — авторы статьи занимались прежде всего расчетами структуры материала, а не его химии. По мнению исследователей, подобные материалы могут быть полезны для разработки брони и миниатюрных двигательных устройств. Отметим, что метаматериалами называют материалы, свойства которых зависят прежде всего от их структуры, а не химических особенностей составляющих веществ. Ученые разрабатывают способы использования метаматериалов для создания плащей-невидимок, искажающих световые волны или распространение тепла.