乌得勒支大学研究人员Rodolfo Subert与Marjolein Dijkstra在《自然通讯》发表研究称，材料内部的复杂有序结构不一定依赖电荷、化学反应或特定粒子间相互作用；在一定条件下，仅凭构建单元的几何形状，也可能形成层状结构、柱状结构以及三维网络，并出现自发的左旋或右旋扭曲。

材料的自组织现象在多种技术中具有基础意义，例如分子组装形成薄膜、晶体排列成规则晶格等。这类结构不仅具有规律性，也与显示技术、医疗材料和智能传感器等应用相关。

在该研究中，团队采用计算机模拟方法构建“虚拟粒子”体系。模拟粒子为硬质多面体，系统仅设置一项约束：粒子之间不得重叠。在粒子堆积足够紧密时，体系仍会自发出现有序化过程，结构演化表现为先形成层状排列，随后出现柱状结构，并进一步发展为三维网络。

研究人员指出，熵在这一过程中发挥关键作用。熵体现系统趋向最可能状态的倾向，在特定几何与堆积条件下，一些有序结构对粒子而言反而比无序状态更“可能”，从而推动自发组织。

模拟结果还显示，体系最终可形成具有明显左旋或右旋特征的扭曲结构。Dijkstra表示，粒子本身并不具备扭曲形态，但它们在集体排列中会形成偏好左旋或右旋的图案，而这种方向性并未在模型中被预先设定。

当结构呈现这种左右手性差异时，物理学上称为“手性”。手性结构在生物系统与液晶材料中具有重要作用。研究团队表示，此前这类效应通常被认为需要复杂、不对称或扭曲的分子结构，而本研究表明，几何形状本身在某些情况下即可触发类似现象。

研究进一步解释称，粒子由于自身形状，会对与邻近粒子的局部排列产生轻微偏好；但当这些局部偏好扩展到更大尺度时，可能出现难以兼容的情况，使体系发生“堵塞”。为缓解这种几何上的不匹配，整体结构会通过弯曲、扭曲或变形来实现更可行的排列，从而生成更复杂的图案。

尽管研究基于模拟，作者指出其结果具有潜在的材料设计意义。论文所使用的粒子形状原则上可通过现有胶体科学技术制备，这意味着相关规律可能为开发具备特定光学或机械性能的新材料提供参考。

研究团队还总结了若干与形状相关的倾向性规律：细长形状更容易产生扭曲结构，扁平形状更偏向形成柱状图案，而介于两者之间的形状则更可能形成网络状材料。Subert表示，这类简化的设计规则有助于进一步理解材料的自组织行为与结构形成机制。

Subert称，该研究显示，复杂图案的形成有时可以由相对简单的原理驱动。