荷兰乌得勒支大学的研究人员罗多尔福·苏伯特和玛乔琳·迪克斯特拉在最新研究中揭示，构成材料的基本粒子，其几何形状本身就能主导形成复杂的三维网络结构。这项发表在《自然通讯》上的研究指出，简单的粒子形状可以在熵的作用下，自发组装成层状、柱状甚至具有手性扭曲的复杂结构，这种现象过去通常被认为需要复杂的分子相互作用才能实现。

研究人员通过计算机模拟，设定了硬质多面体粒子且互不重叠的条件。模拟显示，当粒子密度足够高时，它们会自发组织。苏伯特和迪克斯特拉发现，粒子形状是驱动这种有序自组装的关键因素。熵，即系统向更可能状态演化的自然趋势，在此过程中发挥了核心作用，使得某些有序构型比无序状态更可能出现。

研究的一个显著发现是模拟中出现了具有明确左旋或右旋倾向的结构。玛乔琳·迪克斯特拉对此表示：“粒子本身并没有扭曲，但它们组合在一起形成了一种倾向于左旋或右旋的图案。这种方向性并非预先设定的。”这表明，即使粒子本身不具备手性，仅凭其特殊的几何排布限制，也能在集体层面涌现出手性特征，这为理解生物和液晶系统中的手性起源提供了新视角。

该研究虽基于理论模拟，但对未来材料设计具有潜在指导意义。鲁道夫·苏伯特解释道：“我们的研究表明，有时复杂模式背后隐藏着一些令人惊讶的简单原理。”研究人员总结，细长形状易形成扭曲结构，扁平形状倾向形成柱状图案，中间形态则易构成网状材料。这些基于粒子形状的简单规则，有望帮助科学家设计并制造具有特定光学或机械性能的新型材料。

出版详情：作者：Rodolfo Subert等人，标题：《简单硬多面体分层自组装形成复杂介晶相》，发表于：《自然通讯》 (2025)。期刊信息：《自然通讯》