康奈尔大学材料科学与工程系的研究人员利用一种有针对性的计算方法，发现了20多种新的自组装晶体结构，这些结构以前都没有被观察到。
这项研究发表在《ACS纳米》杂志上，标题为“通过可调粒子相互作用有针对性地发现低协调晶体结构”，由博士生希拉里·潘和她的导师、材料科学与工程助理教授朱莉娅·德谢姆查兹共同撰写。
“从本质上讲，我们试图找出我们可以在模拟中自组装的新型晶体结构构型，”潘说。“最令人兴奋的是，我们发现了以前没有在任何晶体结构数据库中列出的新结构;这些粒子实际上正在组装成以前没有人见过的东西。”
论文指出，该团队在一个由粒子通过各向同性对势相互作用所跨越的巨大参数空间中，对以前未知的低协调装配进行了有针对性的搜索。潘说:“低协调结构具有各向异性的局部环境，这意味着几何形状是高度定向的，所以我们能够使用纯粹的非定向相互作用看到如此多种类型的结构，这是令人难以置信的。”
低粒子配位是许多技术上重要的材料的功能特性的关键结构特征，包括框架结构，如金属有机框架、笼形物和沸石，以及光子晶体，如钻石。
研究人员为粒子相互作用开发了一种新的功能形式，其中所有特征都可以独立调节。通过系统地改变模拟中的参数对，研究人员能够控制粒子相互作用景观的各种特征。尽管将搜索限制在可能的粒子相互作用的巨大参数空间的一个小区域，论文指出，在这些晶体结构中，包括具有空笼和低对称结构的笼形物，这些结构在以前的模拟中也没有观察到，但其复杂性和对称性是显而易见的。
这项工作表明，复杂的结构可以从简单的相互作用中发展出来，并为其他在该领域工作的人提供了新的理论结构。该团队灵活而直观的相互作用潜力设计是确定导致某些结构特性的粒子相互作用特征的重要一步，有助于建立合成规则以制造目标结构。
该团队的发现表明，通过可控的自组装，可能会有无限的新型和奇特的材料配置。Dshemuchadse说:“这是我们第一次量化这种各向同性对电位与晶体结构之间的关系。”“这些新的晶体结构现在可以作为研究人员实际制造纳米颗粒和胶体的设计目标。”
更多信息:希拉里潘等人，通过可调粒子相互作用有针对性地发现低协调晶体结构，ACS纳米(2023)。DOI: 10.1021 / acsnano.2c09131
康奈尔大学提供
引文:研究人员发现了新的自组装晶体结构(2023,4月24日)，2023年4月25日检索自https://phys.org/news/2023-04-self-assembled-crystal.html
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