材料科学：レーザー誘起振動特徴によるメタマテリアルの動的診断

マイクロスケールのメカニカルメタマテリアルは、人工的に作られた構成要素に起因してエキゾチックな静的特性を示すが、その動的特性の研究はまだ大きく遅れている。メカニカルメタマテリアルは、その設計原理によって、周波数に依存する特性や高ひずみ速度変形下でのレジリエンスを目指すことができるため、軽量耐衝撃用途、音響導波路用途、振動減衰用途向けの多目的材料になる。しかし、小スケールの動的特性を得ることは、特性評価が低スループットで破壊的であるか、試験プロトコルが欠如しているために、まだ困難である。今回我々は、メタマテリアル内のMHz波伝播の特徴を用いて、動的線形特性、全方向の弾性情報、減衰特性、欠陥定量化を非破壊的に得る、高スループットで非接触の枠組みを実証する。我々は、微視的メタマテリアルの棒状テセレーションを用いて、ほぼ10² s⁻¹のひずみ速度で方向と速度に依存する最大94％の動的剛性増大と、構成材料よりも3倍大きい減衰特性を報告する。また我々は、振動応答における周波数シフトによって、メタマテリアル内の視認できない欠陥の特性評価が可能になり、選択的プロービングによって実験的な弾性表面の構築が可能になることも示す。これらは、これまで計算でしかできなかった。今回の研究によって、保護構造、医用超音波、振動絶縁などの動的応用向けに、材料やマイクロデバイスのデータ駆動型発見を加速する手段が得られる。

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