近日，成都理工大学物理学院软凝聚态物理研究团队在SCI一区，国际物理学期刊《通讯-物理》[Commun. Phy. 8, 312 (2025)]期刊上发表了题为“Identifying Bridges from Asymmetric Load-Bearing Structures in Tapped Granular Packings”的研究论文。该工作在实验上揭示了受重力影响的颗粒堆积中存在特殊的协同力学承载结构——桥（bridge），并提出了一种基于结构信息识别此类力学主干的方法，为理解颗粒材料的力学稳定性和复杂流变行为提供了新的微观视角。

颗粒材料广泛存在于自然界与工业过程中，其宏观力学性质与微观接触网络密切相关。在颗粒系统中，当受到外力作用时，颗粒之间的接触网络会发生重组，形成具有各向异性、相互依赖的协同力学承载结构，被称为“桥”。这类结构中的相邻颗粒互为力学支撑，能够协同分担外部载荷，在稳定性和刚性方面显著优于其他背景颗粒。然而，相较于传统研究关注的力链结构，桥结构在实验上的研究仍较为稀缺，其定义与识别方法也尚未统一。

团队通过高分辨率X射线断层扫描技术，实验研究了由不同表面摩擦系数颗粒组成的振动堆积体系。研究发现，重力诱导了颗粒接触结构中的细微上下不对称性，这使得我们可以仅根据结构信息来识别正确的力学承载接触点。进一步的，我们可以得到真正的力学承载结构——“桥”。在此基础上，研究团队系统识别并量化了桥结构的拓扑与几何特征，发现桥结构的协同性随着体系体积分数的降低而增强，其形状也呈现更显著的拱形结构，反映出低密度堆积中更强的各向异性力学传递特性。该工作不仅明确了桥结构在颗粒体系中作为主要力学承载结构的重要地位，也为建立基于微观结构特征的各向异性本构理论提供了潜在路径。研究结果对于进一步理解颗粒材料中应力传递与结构异质性的耦合机制具有重要意义，也为复杂颗粒流体的流变行为研究提供了关键支撑。

图1：桥结构示意图与颗粒系统的不对称性。(a)桥结构示意图，(b) 不同堆积中接触不对称性的强度与桥颗粒比例演化趋势符合。

论文的成都理工大学物理学院王宇杰教授团队博士研究生周池锦，王宇杰教授与上海交通大学博士生曾志坤为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金No. 12274292的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s42005-025-02229-4