这些新发现的旋转晶体能够自行扭转、断裂并修复，揭示了固态物质鲜为人知的奇异一面。

这或许令人难以置信，但由旋转部件构成的晶体却是真实存在的。来自亚琛、杜塞尔多夫、美因茨以及韦恩州立大学的研究人员对这些非同寻常的材料进行了研究，并发现了一系列令人惊异的现象。这些晶体能够轻易分裂成独立小块，形成不同寻常的内部边界，并产生研究人员可有意调控的缺陷。该研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表文章称，可采用统一的理论方法来预测受“横向相互作用”力支配的系统中出现的新特性。

材料与生命系统中的横向力

“横向力”并非仅局限于实验室材料范畴。这类力既可现身于诸如特定磁性固体等人工构建的系统之中，亦能在生物体内被观测到。麻省理工学院开展的一项实验中，科学家们对海星胚胎群体展开研究，发现它们的游动动作会相互影响。这种相互作用致使胚胎彼此间沿圆形轨迹运动。尽管这一行为在生物学层面的作用尚不明确，但天然实例与人工合成实例均具备一个关键共性：即它们均涉及在相互作用过程中发生旋转的物体。

旋转粒子构筑固态之躯

德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学（HHU）理论物理二系教授哈特穆特·勒温博士对这一集体运动的意外结果解释道：“由众多旋转构件组成的系统会展现出一种全新的、非直观的行为模式：在高浓度条件下，这些物体会形成一个由旋转体组成的刚体，具备‘奇异’的物质特性。”

其中一种特殊特性被称为“奇异弹性”。在日常材料中，拉扯固体时，它会沿着施力方向伸展。而对于奇异弹性材料，拉扯根本不会使其伸展，相反，材料会以扭曲的方式作出反应。

可分离又可重聚的晶体

这些扭曲的固体即便没有外界触发因素，也可能自行解体。若旋转部件间摩擦力足够大，晶体便会分裂成众多更小的旋转碎片。更令人惊叹的是，这些碎片竟能重新聚合并重构出完整的晶体结构。

为解释这一现象，由韦恩州立大学物理与天文系黄志峰博士领衔的研究团队，携手通讯作者洛温教授共同构建了一套跨尺度关联理论。基于该框架的计算机模型模拟揭示了这类奇异材料的运作机制，并为其未来应用指明了方向。

超乎预期的晶体生长

研究人员发现，以横向相互作用为主的大型晶体往往会分解成更小的旋转单元。与此同时，小型晶体会持续生长，直至达到特定的尺寸极限。这一模式与晶体生长的常规认知相悖——在有利条件下（即热力学因素促进生长时），晶体通常会持续增大。

黄教授阐述了这一结果的重要意义：“我们发现了这一过程背后自然界的一项基本特性，它决定了关键碎片的大小与其旋转速度之间的关系。”

可移动缺陷与可调特性

来自 DWI——莱布尼茨交互材料研究所与亚琛工业大学的拉斐尔·维特科夫斯基（Raphael Wittkowski）博士教授强调了另一项重要发现：“我们还展示了晶体中的缺陷是如何呈现出自身动态的。这类缺陷的形成可受外部因素影响，这使得人们能够根据具体应用需求，对晶体的特性进行针对性调控。”

据该论文的合著者、美因茨大学助理教授迈克尔·特弗鲁格特博士所言，其影响远不止局限于单一材料类别。“我们意义深远的理论涵盖了所有存在此类横向相互作用的系统。可预见的应用范围从胶体研究到生物学领域，不一而足。”他说道。

洛温教授还指出了实际应用的可能性：“模型计算表明其具有具体的应用潜力。例如，这些新型晶体的独特弹性特性可被用于发明新型技术开关元件。”

背景：中心力与横向力

在物理学中，诸如两质量体间的万有引力或带电粒子间的库仑力等广为人知的相互作用，皆被归类为中心力。这些力沿连接两物体中心的直线作用，使它们彼此靠近或远离。

相比之下，横向相互作用是较晚才被确认的一种现象。在这种情况下，两个物体之间的作用力垂直于连接它们中心的直线。结果，这些物体会自发地开始围绕彼此旋转，形成一种独特的运动方式，这也是这些新近研究的旋转晶体所依赖的基础。

参考文献：《奇异晶体的反常晶粒动力学与晶粒运动》，作者：黄志峰、迈克尔·特弗鲁格特（Michael te Vrugt）、拉斐尔·维特科夫斯基（Raphael Wittkowski）及哈特穆特·勒温（Hartmut Löwen），发表于2025年10月17日《美国国家科学院院刊》。DOI：10.1073/pnas.2511350122