材料科学：機械メタマテリアルにおける静的な非相反性

相反性は、さまざまな物理系を支配する一般的な基本原理であり、空間における任意の2点間の伝達関数、例えば光強度などの物理量の伝達が、幾何学的非対称性や物質の非対称性にかかわらず同一であることを保証する。この伝達対称性を破ることで、信号伝送、アイソレーション、信号源保護の制御を強化できる。これまで、相反性を破る（従って非相反性を示す）デバイスは主に、空間的、時間的に変動する場に伴う電磁波、音響波、機械波の伝搬が関与する動的な系において検討されてきた。今回我々は、静的な系において相反性を破ることが可能であり、異なる側から励起されると出力変位が大きく異なる機械メタマテリアルや、一方向に変位の増幅を示す機械メタマテリアルを実現できることを示す。この成果は、大きな非線形性と、適切な幾何学的非対称性やトポロジカルな特徴とを組み合わせることによって実現された。今回の研究は、非相反性やアイソレーションを静的な系に拡張したことに加え、非対称な結晶構造やトポロジカル特性を有する非線形物質におけるエネルギー伝搬に光を当てている。我々は、相反性の破れが、エネルギーの吸収や変換、環境発電、そしてソフトロボティクス、補綴、オプトメカニクスへの道を開くと予想する。

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