物理学家解决了困扰材料学领域20年的稳定手性纳米结构之谜

研究人员终于成功地构建了一种寻求已久的纳米粒子结构，为具有特殊性质的新材料打开了大门。爱荷华州立大学物理学和天文学教授、美国能源部艾姆斯国家实验室的附属机构Alex Travesset没有使用传统的实验室仪器，而是依靠计算机模型、方程式和数字来了解新纳米材料的行为。

当他加入一个研究项目时，他经常利用这些计算方法对纳米粒子的组装进行详细分析。Travesset在理论物理学方面的专长使他能够对纳米材料中的复杂过程提供宝贵的见解和理解。

举个例子，Travesset的"手性四面体"计算和插图是《自然》杂志刚刚发表的一篇研究论文的一部分。这些计算表明，在固体硅基底上，含有四面体金纳米粒子的溶液的受控蒸发是如何组装成针轮状的两层结构的。

理论物理学家Alex Travesset使用计算机模型、方程式和科学数字来解释纳米结构如何组装。

事实证明，纳米结构是手性的，这意味着它与它的镜像不完全相同。(经典的例子是一只手和它的反射。拇指最后是在相反的一边，所以一只手不能叠加在另一只手上。这就是手性）。

Travesset说，生产一种具有手性的稳定纳米结构意义重大。研究人员试图组装手性纳米结构已有近20年的时间--大约与研究人员研究纳米结构的时间一样长。根据《自然》杂志的报道，这种结构可以导致具有"不寻常的光学、机械和电子特性"的特殊工程材料。

Travesset在一次虚拟科学会议上被介绍给来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的该项目的主要研究人员，他甚至不确定这种新的手性结构能否存在于现实世界中。

"这是一个非常开放的结构，"他说："通常，对于纳米颗粒来说，这些结构是不稳定的。但是这个结构是"由不同类型的静电力固定在一起的，"Travesset说。"它们的连续性是不寻常的"。

该结构的手性是通过被夹在两种不同的基质中而实现的--顶部是空气，底部是固体表面。密歇根大学的光学测量证实了手性，报告了对偏振光的反应有非常强烈的手性光学效应。

"这种具有手性光学响应的非常开放的结构非常重要，"Travesset说。"人们很长时间以来一直在尝试这样做。但是这种结构一直是不稳定的，或者是无法实现的。这是第一个已经实现的例子"。

Travesset说："作为一个从事所有纳米粒子工作的理论家，我一直对如何组装手性的纳米粒子排列感兴趣。根据《自然》杂志的报道，这些手性纳米结构的"独特拓扑结构和物理学，使它们从纳米粒子中的自我组装变得非常抢手，但又具有挑战性。"

Travesset研究小组的实验人员将在他们的发现的基础上，学习更多关于纳米结构的特性，并有可能将它们用于例如光学应用的涂层。

对于使用他们的模型、方程和数字工作的纳米粒子理论家来说，Travesset说前面也有很多工作。

他说："尽管取得了一些成功，但理论在某种程度上还是滞后的。我们还没有达到可以仅从理论/计算模型来设计基于纳米粒子的材料。事实上，我和其他同事正在组织一个为期八周的研讨会来解决这一挑战"。"