研究聚焦于一类被称为“横向互相感化”（transverse interaction）的力。与人们熟悉的万有引力或库仑力等“中间力”不合，“横向力”感化偏向并不在两物体连线上，而是垂直于连线，从而驱动物体自发绕行、扭转。 科学家指出，这种互相感化不仅存在于实验室人工资估中，在生物体系中也可不雅察到。此前一项实验注解，昔时夜量海星胚胎在水中游动时，它们会经由过程彼此的活动互相影响，最终出现绕圈活动的集体行动，其背后同样表现了扭转个别之间的横向互相感化。
这一研究由德国亚琛、杜塞尔多夫、美因茨以及美国韦恩州立大年夜学的科研团队合作完成，并揭橥于《美国国度科学院院刊》（PNAS）。研究显示，这些“扭转晶体”极易决裂成多个自力片段，内部会形成不平常的界面与缺点构造，而这些缺点可被外界有意操控，为材料机能调控和新型器件设计带来潜在可能。
杜塞尔多夫海因里希·海涅大年夜学理论物理二所的哈特穆特·勒文（Hartmut Löwen）传授解释说，当很多扭转单位处于高密度状况时，会表示出一种“质变”的集体行动：它们凝集成类似固体的整体，但却拥有“奇怪”的材料属性。这个中最惹人注目标是所谓“奇怪弹性”（odd elasticity）：在通俗资估中，拉伸会沿着受力偏向产生形变，而在这种“奇怪弹性”资估中，拉伸并不会导致平日意义上的伸长，而是激发整体的扭转。
更为反常的是，这类扭转固体在没有外部扰动的情况下，也可能因为内部扭转单位间的摩擦而自发破裂成很多更小的扭转碎片。随后，这些碎片又能逐渐挨近、从新拼合，恢复为具有晶体构造的整体。为懂得这一过程，美国韦恩州立大年夜学物理与天文学系黄志峰（Zhi-Feng Huang）传授团队与勒文传授合作，建立了一套贯穿不合长度标准的理论框架，并借助计算机模型对这些材料的宏不雅行动进行了模仿猜测。
除了整体碎裂与重组，这些晶体内部的缺点也出现出独特的动力学特点。来自DWI–莱布尼茨交互材料研究所与亚琛工业大年夜学的拉斐尔·维特科夫斯基（Raphael Wittkowski）传授介绍，研究注解晶体中的缺点并非静止不动，而是可以产生自发迁徙，其生成与演变过程还可以经由过程外界手段加以控制。这意味着，人们有望经由过程操控缺点的产生与活动，定向设计晶体的力学与功能特点。
论文合著者、美因茨大年夜学副传授迈克尔·特·弗鲁格特（Michael te Vrugt）强调，这一理论框架的实用性远超单一材料体系：凡是存在类似横向互相感化的体系，都有可能被纳入这一同一描述之中，潜在应用范畴从胶体研究一向延长到生物体系。勒文则进一步指出，模型计算已经展示出具体的技巧潜力，例如应用这些新晶体的“奇怪弹性”开辟全新的机械或功能开关元件。
在物理学传统体系中，万有引力或电荷之间的库仑力属于典范的“中间力”，它们沿物体中间连线偏向感化，驱动物体互相接近或远离。比拟之下，“横向互相感化”是一种较新被体系研究的互相感化情势，其感化偏向垂直于两物体连线，使得它们自发环绕彼此扭转，从而构成新型自旋晶体的动态基本。 此次工作所依托的核心成果，是揭橥于2025年10月17日、题为《奇怪晶体的异常晶粒动力学与晶粒活动》（Anomalous grain dynamics and grain locomotion of odd crystals）的PNAS论文，标记住人们在懂得“扭转而非静止”的固体形态方面迈出重要一步。
研究发明，在横向互相感化占主导的大年夜尺寸晶体中，整体构造偏向于分化为多个较小的扭转单位；相反，小晶体则会发展到某一特定的临界标准后趋于稳定。这一模式与经典晶体发展图景大年夜相径庭——在传统懂得中，只要热力学前提有利，晶体平日会赓续长大年夜，而不会自发决裂成更小的块体。 黄志峰指出，团队揭示了决定临界碎片尺寸与扭转速度之间关系的一条“天然根本规律”，为懂得和设计此类自旋晶体供给了关键理论基本。
编译自/ScitechDaily
发表评论 取消回复