科學家首次打破膠體晶體的對稱性，或將帶來更多科技新應用

膠體晶體是由單分散的、直徑在微米或亞微米級別的無機或有機顆粒，在重力、靜電力或毛細管力等作用下組裝形成的二維或三維有序陣列結構。它是一種有價值的納米材料，廣泛應用于化學和生物傳感以及光電器件中。然而，在合成膠體晶體時，科學家們一直局限于高對稱性設計。

近日，在西北大學和密歇根大學的的一項新研究中，科學家首次展示了如何打破膠體晶體的對稱性，并制造出低對稱的膠體晶體。

在研究過程中，科學家使用表面涂有DNA的金屬納米粒子來制造晶體。DNA充當可編碼的鍵合材料，將它們轉化為所謂的可編程原子等效物 (PAE)。這種方法對晶格的形狀和參數提供了卓越的控制，因為納米粒子可以按照Chad A. Mirkin（研究的主要作者）及其同事先前開發的一組規則“編程”以特定方式排列。

為了打破膠體晶體的對稱性，科學家找到了一種控制化合價的新方法。這是因為，化合價與原子周圍的電子排列有關，能決定原子形成的鍵的數量以及所呈現出的幾何形狀。他們發現，小型PAE可以充當電子等價物，在較大PAE的晶格中漫游并穩定下來。通過調整嫁接到其表面的 DNA 鏈的密度，來改變其電子等價物的價態。

研究人員表示，制造出來的低對稱膠體晶體具有其他晶體結構無法實現的光學特性。它們的催化性能也不同，可能會在廣泛的技術中得到應用。

該研究論文題為“The emergence of valency in colloidal crystals through electron equivalents”，已發表在Nature Materials上。

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論文原文：https://www.nature.com/articles/s41563-021-01170-5

標簽： 膠體晶體 對稱性