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研究人员开发了“胶体钻石”晶体（左）。这种材料具有特殊的光子特性。
自20世纪90年代以来，制造“胶体钻石”一直是研究人员的梦想。胶体的这种类似钻石的稳定自组装结构，可以让光波技术具备更多可能性。然而，一直没有人能够制造出可靠的“胶体钻石”。
《自然》杂志当地时间9月23日发文称，美国纽约大学（NYU）教授David Pine领导的团队设计了一种新方法，让胶体有效地自组装为钻石结构。该成果或能开启制造高效光学电路的大门，从而推动光学计算机、激光技术和滤光器的发展。
胶体由微型球体（直径小于头发）构成。这种材料可以通过球体之间的连接方式的变化以不同晶体形态存在。每个胶体球通过粘附于表面的DNA链与另一胶体球相连。当它们在液池中相互碰撞时，DNA链断裂，胶体球就会连接在一起。根据DNA在胶体球表面的附着位置，胶体球可以自发地组装出复杂的结构。
这一过程已经被运用于制造胶体线，甚至是立方胶体。然而，这些胶体结构并不能产生可见光带隙。正如电路中的半导体能够过滤电子，带隙也能够滤除特定波长的光。如果胶体球能够以钻石结构排列，就能够实现稳定的光线过滤。然而，这个设想被认为难度太大、成本太高，无法实现商业规模的应用。
Pine说：“工程师们非常希望能够制造钻石结构。但由于困难太大，很多研究人员已经放弃了这个想法。我们可能是唯一还在研究这个问题的团队。我认为这篇论文将带来一些惊喜。”
在实验中，研究人员发现，利用空间互锁机制自发地产生交错键，可以搭建出钻石结构——锥体胶体球组合相互靠近时，会在必要方向上建立连接，并形成钻石结构。这种机制使胶体能够脱离繁琐、昂贵的纳米机器构造过程，自行搭建结构。此外，即使钻石胶体所在的液体被移除，钻石结构也能稳定存在。
这次研究搭建的首个胶体钻石结构，将有望解锁新的研究领域。
论文作者、NYU研究人员Mingxin He认为，“胶体钻石”在未来的潜在应用方向包括：轻型高效激光器、3D集成光子电路和光学信号的精确控制。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://phys.org/news/2020-09-method-colloidal-diamonds.html
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