新方法使科學(xué)家們能夠以自然界中沒有的方式合成晶體

該團(tuán)隊(duì)使用高級(jí)光子源（APS），一個(gè)位于美國能源部（DOE）阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)辦公室用戶設(shè)施來證實(shí)他們的關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)。

這項(xiàng)研究由Mirkin和密歇根大學(xué)化學(xué)工程系主任Anthony C. Lembke的Sharon C. Glotzer指導(dǎo)，并發(fā)表在《自然材料》雜志上。

膠體晶體是非常小的顆粒，里面以有序或?qū)ΨQ的方式排列著其他更小的顆粒（稱為納米顆粒）。它們可以被設(shè)計(jì)用于從光傳感器和激光器到通信和計(jì)算的應(yīng)用。在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們試圖打破自然界的自然對(duì)稱性，它傾向于以最對(duì)稱的方式排列微小顆粒。

"想象一下，你在一個(gè)盒子里堆放籃球，"阿貢的Byeongdu Lee說，他是APS的小組負(fù)責(zé)人，也是該論文的作者之一。"你會(huì)有一種特定的方式可以從空間中獲得最大的價(jià)值。這就是大自然的做法。然而如果球在一定程度上被放氣，你可以以不同的模式堆疊它們。他說，研究小組正試圖用納米材料做同樣的事情，教它們自我組裝成新的模式。"

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家使用了DNA，即細(xì)胞內(nèi)攜帶遺傳信息的分子。科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)DNA有了足夠的了解，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編程以遵循特定的指令。這個(gè)研究小組用DNA來教導(dǎo)金屬納米粒子組裝成新的構(gòu)型。研究人員將DNA分子附著在不同大小的納米粒子表面，并發(fā)現(xiàn)較小的粒子在較大的粒子之間的空隙中移動(dòng)，同時(shí)仍將粒子結(jié)合在一起成為一種新材料。使用大的和小的納米顆粒，其中較小的顆粒像金屬原子晶體中的電子一樣移動(dòng)，是構(gòu)建復(fù)雜膠體晶體結(jié)構(gòu)的一種全新的方法。

APS的12-ID光束線的照片，這項(xiàng)研究的X射線研究就是在這里進(jìn)行的。

通過調(diào)整這個(gè)DNA，科學(xué)家們改變了小電子當(dāng)量粒子的參數(shù)，從而改變了所產(chǎn)生的晶體。這種方法為三種新的、以前從未合成過的晶體相奠定了基礎(chǔ)，其中一種晶體相沒有已知的自然等價(jià)物。

該團(tuán)隊(duì)利用APS的超亮X射線束來確認(rèn)他們晶體的新結(jié)構(gòu)。他們利用光束線5-ID和12-ID的高分辨率小角度X射線散射儀器，為他們所創(chuàng)造的粒子的排列創(chuàng)造了精確的圖片。

APS目前正在進(jìn)行大規(guī)模的升級(jí)，Lee指出這將使科學(xué)家在未來能夠確定更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。12-ID的儀器也正在進(jìn)行升級(jí)。