納米結構扭曲程度首次實現控制

美國密歇根大學領導的一個研究小組顯示，由納米顆粒自組裝而成的微米大小的“蝴蝶結領結”，可形成各種不同的扭曲形狀，并能被精確控制。這一進展為輕松生產與扭曲光相互作用的材料開辟了道路，為機器視覺和藥物生產提供了新的工具。相關論文15日發表在《自然》雜志上。

雖然生物學上充滿了像DNA這樣的扭曲結構，也就是眾所周知的手性結構，但其扭曲的程度是固定的，試圖改變它會破壞這種結構。

扭曲的納米結構將編碼從表面反射的光波形狀的信息，它將優先反射某些類型的圓偏振光，這種形狀在空間中移動時會扭曲。

信息將被編碼為反射頻率、扭曲的松緊度以及扭曲是左旋還是右旋的組合。通過避免使用自然光和環境光，而是依靠機器人產生的圓偏振光。無論是在明亮還是黑暗的環境中，機器人都不太可能錯過信息或誤解提示。它能選擇性地反射扭曲光的材料，即手性超材料。

研究人員表示，他們已實現控制從完全扭曲的左手結構到平坦的結構，再到完全扭曲的右手結構的扭轉。

研究人員將“領結”當作油漆，把它們與聚丙烯酸混合，然后涂抹在玻璃、織物、塑料和其他材料上。激光實驗表明，只有當光中的扭曲與“領結”形狀中的扭曲相匹配時，這種油漆才會反射扭曲光。

“領結”是由鎘金屬和胱氨酸混合制成的，胱氨酸是一種蛋白質片段，它在摻有堿液的水中，有左手和右手兩種版本。每個“領結”都有糖果包裝一般的扭曲結構，與其他可能需要數天時間才能自組裝的手性納米結構不同，“領結”只需90秒就能形成。該團隊在“領結”光譜中制作了5000種不同的形狀。