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胶体晶体是由单分散的、直径在微米或亚微米级别的无机或有机颗粒，在重力、静电力或毛细管力等作用下组装形成的二维或三维有序阵列结构。它是一种有价值的纳米材料，广泛应用于化学和生物传感以及光电器件中。然而，在合成胶体晶体时，科学家们一直局限于高对称性设计。

近日，在西北大学和密歇根大学的的一项新研究中，科学家首次展示了如何打破胶体晶体的对称性，并制造出低对称的胶体晶体。

在研究过程中，科学家使用表面涂有DNA的金属纳米粒子来制造晶体。DNA充当可编码的键合材料，将它们转化为所谓的可编程原子等效物 (PAE)。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Chad A. Mirkin（研究的主要作者）及其同事先前开发的一组规则“编程”以特定方式排列。

为了打破胶体晶体的对称性，科学家找到了一种控制化合价的新方法。这是因为，化合价与原子周围的电子排列有关，能决定原子形成的键的数量以及所呈现出的几何形状。他们发现，小型PAE可以充当电子等价物，在较大PAE的晶格中漫游并稳定下来。通过调整嫁接到其表面的 DNA 链的密度，来改变其电子等价物的价态。

研究人员表示，制造出来的低对称胶体晶体具有其他晶体结构无法实现的光学特性。它们的催化性能也不同，可能会在广泛的技术中得到应用。

该研究论文题为“The emergence of valency in colloidal crystals through electron equivalents”，已发表在Nature Materials上。

前瞻经济学人APP资讯组

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