NYU·坦登工程学院 坦登的研究人员已经制造出了胶体钻石晶体(左)
这种独特的材料具有特殊的光子特性，可以改变光学技术的生产方式
学分:NYU坦登工程学院 自20世纪90年代以来，胶体钻石一直是研究人员的梦想
这些结构——由微小材料组成的稳定的自组装结构——有可能使光波在计算中像电子一样有用，并为许多其他应用带来希望
但是，尽管胶体钻石的概念是几十年前提出的，但没有人能够可靠地制造出这种结构
直到现在
由NYU坦登工程学院化学和生物分子工程教授、NYU大学物理学教授大卫·派恩领导的研究人员设计了一种新的方法，可以在钻石结构中可靠地自组装胶体，从而可以廉价、可扩展地制造这种结构
发表在9月24日出版的《自然》杂志上的《胶体钻石》中详细介绍了这一发现，它可能会打开通向高效光学电路的大门，从而导致光学计算机和激光、比以往任何时候都更可靠、生产成本更低的滤光器等方面的进步
派恩和他的同事，包括NYU物理系博士后研究员、第一作者何民信，以及NYU大学化学副教授、通讯作者斯特凡诺·萨卡纳，几十年来一直在研究胶体及其可能的结构方式
这些材料由比头发直径小数百倍的球体组成，可以根据球体之间的连接方式排列成不同的晶体形状
每种胶体都通过粘在胶体表面的脱氧核糖核酸链相互连接，起到分子Velcro的作用
当胶体在液体浴中相互碰撞时，脱氧核糖核酸就会受阻，胶体就会被连接起来
根据脱氧核糖核酸附着在胶体上的位置，它们可以自发地产生复杂的结构
这个过程已经被用于在立方体地层中产生胶体串，甚至胶体
但是这些结构并没有产生光子学的圣杯——可见光的带隙
就像半导体过滤掉电路中的电子一样，带隙过滤掉特定波长的光
以这种方式过滤光线可以通过胶体来可靠地实现，如果它们被排列成钻石形状，这种工艺被认为太困难且昂贵，难以在商业规模上实施
派恩说:“工程师们非常渴望制造一种钻石结构。”
“说实话，大多数研究人员已经放弃了——我们可能是世界上唯一一个仍在从事这项工作的团队
因此，我认为这份文件的发表会给社会带来一些惊喜
" 调查人员包括艾蒂安·杜克洛，他曾是NYU·坦顿的博士后，现在在法国佩萨克的保罗·帕斯卡尔- CNRS研究中心工作；和韩国水原成均馆大学的吉拉伊发现，他们可以利用空间连锁机制，自发产生必要的交错键，使这种结构成为可能
当这些金字塔形胶体相互靠近时，它们以必要的方向连接在一起，形成钻石
这种机制允许胶体在不需要外界干涉的情况下自行构建，而不是通过使用纳米机器来构建这些结构，这一过程既辛苦又昂贵
此外，金刚石结构是稳定的，即使当它们形成的液体被去除时
之所以有这个发现，是因为当时坦登大学的研究生何注意到他合成的胶体在金字塔结构中有一个不寻常的特征
他和他的同事画出了所有这些结构可以联系的方式
当他们偶然发现一个特殊的相互联系的结构时，他们意识到他们找到了正确的方法
“在创造了所有这些模型之后，我们立刻发现我们创造了钻石，”何说
“博士
派恩博士长期寻求的第一个自组装胶体金刚石晶格的演示将为重要的国防部技术带来新的研究和开发机会，这些技术可以从三维光子晶体中受益
埃文·朗纳斯特罗姆，美国陆军研究办公室(ARO)项目经理
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陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室
他解释说，未来潜在的进步包括重量和能量需求降低的高效激光器的应用、精密传感器和定向能源系统；以及用于三维集成光子电路或光特征管理的光的精确控制
“我对这一结果感到兴奋，因为它极好地说明了ARO材料设计项目的一个中心目标——支持高风险、高回报的研究，从而打开自下而上的途径，创造出以前不可能制造的非凡材料
" 该团队还包括约翰·盖尔斯(NYU大学物理学研究生)和宫哲(宾夕法尼亚大学博士后，前NYU大学化学研究生)，他们现在正致力于研究如何将这些胶体钻石应用于实际环境
他们已经在使用新的结构制造材料，这种结构可以过滤光波长，以证明它们在未来技术中的用途
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