物理学家发现会旋转的奇特晶体，行为像有生命一样

“横向力”不仅会出现在人工材料中，例如某些磁性固体，也存在于生物系统里。在麻省理工学院（MIT）的一项实验中，研究人员观察到，海星胚胎群通过它们的游动，相互影响运动，导致彼此围绕旋转。这种协同运动的生物学功能尚不清楚，但它与这些合成系统有相同的基本特征：相互作用的旋转物体。杜塞尔多夫海因里希·海涅大学（HHU）理论物理研究所II的哈特穆特·勒文教授解释道：“由许多旋转组成元素构成的系统会表现出一种非直觉的全新定性行为：在高浓度下，这些物体会形成转子固体，具有‘奇异’的材料特性。”其中一种特性被称为“奇异弹性”。通常，当材料受到拉力时，会沿力的方向拉伸。相反，奇异弹性材料不会拉伸，而是会扭转。“扭转、碎裂与重组”这种“奇异”固体甚至能自行分解。当旋转的组成单元之间摩擦足够强烈时，固体会碎裂成许多更小的旋转微晶。更令人惊讶的是，这些碎片之后还能重新组装成一个连贯的结构。由韦恩州立大学的黄志峰教授和勒文教授领导的研究团队开发了一个多尺度理论模型，用于描述这些奇异晶体的行为。利用该模型，他们进行了模拟，揭示了这些旋转材料意想不到的模式和可能的技术用途。“颠覆晶体生长规则”研究团队发现，受横向相互作用支配的大晶体往往会分解成更小的旋转单元，而小晶体则会生长到特定的临界尺寸。这与传统晶体生长相反，在传统生长中，材料在适宜条件下通常会稳定膨胀。黄教授解释道：“我们发现了这一过程背后的一种基本自然属性，它决定了临界碎片尺寸与其旋转速度之间的关系。”研究合著者、来自DWI–莱布尼茨交互材料研究所和亚琛工业大学的拉斐尔·维特科夫斯基教授补充道：“我们还证明了晶体中的缺陷如何表现出自身的动态。此类缺陷的形成可受到外部影响，这使得能够针对应用需求对晶体的特性进行特定控制。”合著者、美因茨大学助理教授迈克尔·特弗鲁格博士表示：“我们意义深远的理论涵盖了所有具有此类横向相互作用的系统。可想象的应用范围从胶体研究到生物学。”勒文教授补充道：“模型计算显示出具体的应用潜力。例如，这些新晶体的新型弹性特性可用于发明新的技术开关元件。”“中心力与横向力”在物理学中，像引力和库仑力这样的相互作用被称为“中心力”，因为它们沿连接两个物体中心的直线作用。这些力使物体相互靠近或远离。相比之下，“横向相互作用”是最近发现的一类力，其作用方向垂直于该中心轴。这种不寻常的作用方向使物体自发地开始相互围绕旋转——这是这些新发现的旋转晶体的核心动态。