研究人员发现新的自组装晶体结构

使用有针对性的计算方法，康奈尔大学材料科学与工程系的研究人员发现了20多种新的自组装晶体结构，其中没有一种是以前观察到的。

该研究发表在ACS Nano杂志上，标题为“通过可调粒子相互作用靶向发现低配位晶体结构”，由博士生Hillary Pan和她的导师，材料科学与工程助理教授Julia Dshemuchadse撰写。

“从本质上讲，我们试图弄清楚我们可以在仿真中自组装什么样的新晶体结构配置，”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从未见过的东西。

该团队在一个巨大的参数空间中对以前未知的低配位组件进行了有针对性的搜索，这些参数空间由通过各向同性对势相互作用的粒子跨越。“低配位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，因此我们能够使用纯粹的非定向相互作用看到如此多样的这些类型的结构，这令人难以置信，”潘说。

低颗粒配位是许多技术上重要的材料功能特性的结构特征关键，包括框架结构，如金属有机框架、包合物和沸石，以及光子晶体，如金刚石。

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整。通过在模拟中系统地改变参数对，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小部分区域，但该论文指出，在这些晶体结构中，存在大量的复杂性和对称性，其中包括具有空笼和低对称结构的包合物，这在以前也没有在模拟中观察到过。

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，并为在该领域工作的其他人增加了新的理论结构。该团队灵活直观的相互作用势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，通过受控的自组装，可能存在无限的新材料和奇异材料配置。“这是我们第一次量化这种各向同性对电位与由此产生的晶体结构的关系，”Dshemuchadse说。“这些新的晶体结构现在可以作为实际制造纳米颗粒和胶体的研究人员的设计目标。