新方法使科学家们能够以自然界中没有的方式合成晶体

合成晶体的新方法使研究人员发现了一种全新的金属相，这可能对新技术有用。结果通过高级光子源得到了证实。由西北大学和密歇根大学领导的一个研究小组开发了一种将粒子组装成胶体晶体的新方法，这是一种用于化学和生物传感以及光探测装置的宝贵材料类型。利用这种方法，该团队首次展示了如何以自然界中没有的方式设计这些晶体。

该团队使用高级光子源（APS），一个位于美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的科学办公室用户设施来证实他们的关键性发现。

这项研究由Mirkin和密歇根大学化学工程系主任Anthony C. Lembke的Sharon C. Glotzer指导，并发表在《自然材料》杂志上。

胶体晶体是非常小的颗粒，里面以有序或对称的方式排列着其他更小的颗粒（称为纳米颗粒）。它们可以被设计用于从光传感器和激光器到通信和计算的应用。在这项研究中，科学家们试图打破自然界的自然对称性，它倾向于以最对称的方式排列微小颗粒。

"想象一下，你在一个盒子里堆放篮球，"阿贡的Byeongdu Lee说，他是APS的小组负责人，也是该论文的作者之一。"你会有一种特定的方式可以从空间中获得最大的价值。这就是大自然的做法。然而如果球在一定程度上被放气，你可以以不同的模式堆叠它们。他说，研究小组正试图用纳米材料做同样的事情，教它们自我组装成新的模式。"

在这项研究中，科学家使用了DNA，即细胞内携带遗传信息的分子。科学家们已经对DNA有了足够的了解，能够对其进行编程以遵循特定的指令。这个研究小组用DNA来教导金属纳米粒子组装成新的构型。研究人员将DNA分子附着在不同大小的纳米粒子表面，并发现较小的粒子在较大的粒子之间的空隙中移动，同时仍将粒子结合在一起成为一种新材料。使用大的和小的纳米颗粒，其中较小的颗粒像金属原子晶体中的电子一样移动，是构建复杂胶体晶体结构的一种全新的方法。

APS的12-ID光束线的照片，这项研究的X射线研究就是在这里进行的。

通过调整这个DNA，科学家们改变了小电子当量粒子的参数，从而改变了所产生的晶体。这种方法为三种新的、以前从未合成过的晶体相奠定了基础，其中一种晶体相没有已知的自然等价物。

该团队利用APS的超亮X射线束来确认他们晶体的新结构。他们利用光束线5-ID和12-ID的高分辨率小角度X射线散射仪器，为他们所创造的粒子的排列创造了精确的图片。

APS目前正在进行大规模的升级，Lee指出这将使科学家在未来能够确定更复杂的结构。12-ID的仪器也正在进行升级。