Hãy tưởng tượng đến những cái nệm nâng bỗng lên thay vì chùng xuống khi bạn ngồi lên chúng! Không thể có ư? Không đâu. Theo một thiết kế cho những chất liệu mới có “hệ số nén âm”, có những chất liệu nén lại khi chúng bị kéo giãn ra và giãn ra khi chúng bị đẩy ép lại.
Những siêu chất liệu làm được như vậy đã được chế tạo ra trước đây. Ví dụ, những thanh nhôm có những hốc nhỏ xíu bên trong chúng dao động tạo ra sóng chống lại sức đẩy hoặc kéo lên chúng (Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat1644). Nhưng những thiết kế đó phải dao động ở tần số chính xác mới nhìn thấy hiệu ứng.
Hệ số nén âm: Siêu chất liệu sẽ giãn ra khi bị nén, và ngược lại, dưới mọi trường hợp
Zachary Nicolaou và Adilson Motter thuộc trường Đại học Northwestern ở Evanston, Illinois, vừa thiết kế một siêu chất liệu giãn ra khi bị nén, và ngược lại, dưới mọi tình huống.
“Cái thú vị là họ nghiên cứu những hệ không phản ứng với dao động mà phản ứng với một lực tác dụng đều đều,” phát biểu của John Pendry thuộc trường Imperial College London.
Vì mọi chất liệu hành xử theo kiểu này (giãn ra khi bị nén, và ngược lại) vốn không bền và lập tức chuyển sang một trạng thái bền không biểu hiện hành trạng như vậy nữa. Nicolaou và Motter giải quyết vấn đề này bằng cách thiết kế một chất liệu có một cấu trúc nội tại thật sự chuyển tiếp sang một trạng thái bền, nhưng đó là một trạng thái bị nén hoặc bị giãn nhiều hơn trạng thái ban đầu.
Thiết kế lí thuyết của họ gồm một hàng bốn “hạt” – mỗi hạt gồm những nhóm phân tử - hút lẫn nhau với mức độ thay đổi. Lực hút giữa hai hạt bên trong là yếu, nên tác dụng lực kéo lên chất liệu sẽ phá vỡ liên kết đó. “Khi điều đó xảy ra, những hạt phía ngoài hút nhau mạnh hơn,” Motter nói, vì thế nhìn chung chất liệu bị nén lại. Tuy nhiên, nếu chất liệu này bị nén, thì hai hạt bên trong tiến đến đủ gần nhau để hình thành lại liên kết yếu – và chất liệu có thể giãn ra.
Theo Christopher Smith ở trường Đại học Exeter, Anh quốc, những phiên bản thu nhỏ hoạt động trên những nguyên tắc tương tự một ngày nào đó có thể được sử dụng làm áo bảo vệ cho các xe quân sự. “Nếu một chấn động đi tới xe của bạn, thì nó sẽ đẩy lùi lại và cố gắng triệt tiêu một phần tác dụng đó,” ông nói.
Motter cho biết phần nhiều nghiên cứu trước đây về siêu chất liệu tập trung vào việc tạo ra những tính chất điện từ mới lại, ví dụ như bẻ cong ánh sáng để tạo ra áo tàng hình. Nghiên cứu mới trên là một phần của một lĩnh vực nghiên cứu mới sinh sôi về những siêu chất liệu “cơ” có những phản ứng khác lạ với lực nén và lực đẩy.
“Chúng tôi đã tiến xa như chúng tôi có thể với những chất liệu có độ bền cao,” Smith nói. “Pha tiếp theo phải là chất liệu thật sự làm được những cái hoàn toàn khác biệt.”
Tham khảo: Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat3331
Hoài Ân – thuvienvatly.com
Nguồn: New Scientist
