粉末是大量粉末和颗粒的集合，例如沙子、盐、小麦或沿海鹅卵石，乍一看像固体，但有时会表现出类似液体的流动性。例如由地震和沙山雪崩引起的山体滑坡。而且，粉末和颗粒的尺寸非常宏观，运动不受“热波动”的影响，碰撞时会耗散能量。

　因此，它表现出复杂的结晶机理，如粉末结晶需要间歇性能量供应。过去虽然用统计方法讨论过粉体，但不能应用于低密度粉体以外的粉体，高密度粉体的结构和性质以及数学描述方法尚不清楚。

　因此，研究小组通过 3D X 射线断层扫描获得了由一组球体组成的粉末的实验数据。一种称为持久图的数学方法，它表征数据中孔的信息，用于对粉末系统中包含的空腔进行定量分类。结果发现，随着密度的增加，晶体结构通过四种变形机制变为正四面体或正八面体。此外，还专门推导出变形过程的解析数学公式。我们通过根据密度的变化改变其排列来阐明粉末是如何结晶的。

　这一结果将促进对空隙很重要的现象的理解，例如粉末的机械结构稳定性、振动引起的聚集和地质流动性，并有望应用于土壤问题和地质等领域。

论文信息：[Nature Communications] 颗粒结晶的孔隙配置景观