作者:西北大学马克·海登
这种三重双回转体是一种新的胶体晶体结构，以前从未在自然界中发现或合成过
半透明的红/绿/蓝球显示可编程原子当量的位置，而深灰色的球和棒显示电子当量的位置
信用:李桑民 大自然保守着一些秘密
虽然自然界中发现了大量低对称性结构，但科学家在合成胶体晶体时一直局限于高对称性设计，胶体晶体是一种用于化学和生物传感以及光电器件的有价值的纳米材料
现在，来自西北大学和密歇根大学的研究拉开了帷幕，首次展示了低对称性胶体晶体是如何制造的——包括一个没有已知天然等价物的相
西北大学的查德·阿说:“我们发现了制造新材料系统的一些基本原理。”
米尔金
“这种打破对称的策略改写了材料设计和合成的规则
" 这项研究发表在今天(1月16日)
13)发表在《自然材料》杂志上
米尔金是乔治·B
温伯格文理学院的拉特曼化学教授；麦考米克工程学院化学与生物工程、生物医学工程、材料科学与工程教授；费恩伯格医学院大学的医学教授
他也是国际纳米技术研究所的创始主任
这项研究是由米尔金和莎伦·C
安东尼·格洛泽
密歇根大学化学工程系主任
纳米粒子可以被编程和组装成有序的阵列，称为胶体晶体，可以被设计用于从光传感器和激光到通信和计算的应用
格洛泽说:“使用大大小小的纳米颗粒，其中较小的纳米颗粒像金属原子晶体中的电子一样四处移动，这是构建复杂胶体晶体结构的一种全新方法。”
在这项研究中，表面涂有设计DNA的金属纳米粒子被用来制造晶体
脱氧核糖核酸充当了一种可编码的结合材料，将它们转化为所谓的可编程原子等价物
这种方法对晶格的形状和参数提供了卓越的控制，因为纳米粒子可以按照米尔金和他的同事之前开发的一套规则，被“编程”以特定的方式排列自己
然而，到目前为止，科学家们还没有办法制备出具有某些晶体对称性的晶格
因为许多邻苯二甲酸酯是各向同性的——这意味着它们的结构在所有方向上都是一致的——它们倾向于排列成高度对称的组件，并且很难产生低对称性的晶格
这限制了可以合成的结构的种类，因此限制了可以用它们实现的光学特性
突破来自一种控制化合价的新方法
在化学中，化合价与原子周围的电子排列有关
它决定了原子可以形成的键的数量和它所呈现的几何形状
西北大学和密歇根大学的研究人员最近发现，小的邻苯二甲酸酯可以表现为电子等价物，在较大的邻苯二甲酸酯晶格中漫游并稳定，在此基础上，他们通过调整嫁接到它们表面的DNA链的密度来改变它们的电子等价物的化合价
接下来，他们使用先进的电子显微镜来观察改变电子等价物的化合价如何影响它们在邻苯二甲酸酯中的空间分布，从而影响生成的晶格
他们还研究了改变温度和改变邻苯二甲酸酯与电子当量之比的影响
“我们探索了更复杂的结构，在这些结构中，对每个粒子周围邻居数量的控制导致了进一步的对称性破坏，”格洛泽说
“我们的计算机模拟帮助破译了复杂的模式，并揭示了纳米粒子创造它们的机制
" 这种方法为三种新的、前所未有的合成晶相创造了条件
一种是三重双陀螺结构，没有已知的自然等效物
这些低对称性胶体晶体具有其他晶体结构无法达到的光学特性，可能会在广泛的技术中得到应用
它们的催化性能也不同
但是，这里揭示的新结构只是可能性的开始，因为打破对称的条件已经被理解了
米尔金说:“我们正处于一个前所未有的材料合成和发现时代。”
“这是将新的、未被探索的材料从写生簿中带出来并应用到可以利用它们稀有和不寻常的特性的应用中的又一步
" 格洛泽也是约翰·沃纳·卡恩杰出的大学工程学教授
丘吉尔大学化学工程教授，密歇根大学材料科学与工程、高分子科学与工程和物理学教授
阿尔贡国家实验室的李炳都是米尔金和格洛泽的通讯作者
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