加州大学洛杉矶分校(UCLA)的研究团队在《物理评论材料》期刊发表了一项突破性发现，揭示了金属薄膜在锗晶片表面自发形成复杂螺旋图案的新机制。这项由博士生王一琳(Yilin Wong)和物理学教授Giovanni Zocchi共同完成的研究，为理解化学-机械耦合过程提供了新的实验模型。

研究始于一次偶然观察。当时正在尝试将DNA分子固定在固体基质的Wong注意到，一个被遗忘过夜的样品表面出现了精美的螺旋图案。"我原本想开发一种通过化学键断裂和重组来分类表面生物分子的技术，"Wong回忆道，"没想到在显微镜下看到了这些令人惊叹的图案。"

通过系统实验，研究团队发现这种自组装现象具有高度可控性。在实验中，研究人员先在锗晶片表面蒸镀10纳米厚的铬膜，再覆盖4纳米厚的金膜，然后使用蚀刻溶液处理。Zocchi教授解释："这个系统本质上形成了一个电解电容器。金属薄膜的厚度、初始应力状态和蚀刻溶液成分共同决定了最终图案的形态。"

实验结果显示，处理24至48小时后，样品表面能形成多种复杂图案，包括直径约260微米的对数螺线、阿基米德螺线、莲花形以及径向对称图案等。更深入的分析表明，这些图案的形成是化学蚀刻与机械应力共同作用的结果。随着催化反应进行，金属薄膜会产生应力并与锗基底分离，形成的褶皱最终被蚀刻成观察到的图案。

这项发现的重要意义在于首次在非生物系统中观察到类似生物形态发生的模式形成过程。"在自然界中，这种化学-机械耦合驱动着细胞和组织的形态发育，"Zocchi指出，"我们的研究为此类过程提供了可控的实验室模型。"

该研究不仅延续了自1951年别洛乌索夫发现化学振荡反应以来的模式形成研究传统，更通过引入固体基底系统，突破了传统液体反应体系的局限。研究团队表示，这一发现为开发新型表面功能材料、理解生物形态发生机制以及探索非平衡态热力学提供了新的研究思路。

目前，研究团队正在进一步探索图案形成的精确控制方法，并研究将其应用于微纳制造和仿生材料设计的可能性。这项基础研究的突破有望在材料科学、生物工程和微电子等领域产生重要影响。

更多信息： Yilin Wong 等人，《欧拉不稳定性调控的Ge/Cr/Au界面金属辅助化学蚀刻图案》，《物理评论材料》(2025)。