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膠體組裝成手性超結構，通常是通過模板或光刻圖案化方法完成的，這些方法只適用于具有特定成分和形態的材料，尺寸范圍很窄。

在此，來自美國加州大學河濱分校的殷亞東等研究者通過實驗證明，手性超結構可以通過磁性組裝，迅速在所有尺度上形成任何化學成分的材料，包括分子、納米和微觀結構。相關論文以題為“A magnetic assembly approach to chiral superstructures”于2023年06月29日發表在Science上。

膠體顆粒的超結構，可以具有手性對稱性。手性組裝的驅動力在于顆粒或結構本身具有手性或通過吸附表面分子和模板來創建手性(通常是螺旋結構)或通過光刻方法實現手性。

特別是由等離子體納米粒子制成的手性超結構具有獨特的光學性質，例如在環偏振光激發下具有圓形偏振光譜(CD),并具有開發電和光傳感器和設備的可能性。模板組裝和光刻已被用于通過改變CD譜來感知外部刺激的手性超結構。

例如，DNA模板的組裝可以將DNA模板的螺旋構型轉移到許多納米結構中，并可用于監測溫度和化學結合的變化。

控制這些手性結構的集體取向，無論是在溶液中還是在固體基質中，對于優化奇偶性能仍具有挑戰性。此外，現有的策略，如模板組裝和手性超晶格形成，僅適用于材料具有狹窄長度尺度和特定化學成分或形狀的情況。

設計微型奇偶器件并理解涉及不同物理原理的光-物質相互作用，將受益于一種用于組裝不同尺寸、形狀和化學成分的手性材料的通用方法，以形成具有可調奇偶響應的手性超結構。

在這里，研究者報道了不同成分和長度尺度的材料，從小分子到納米和微觀結構，快速和可逆地組裝成手性結構，并通過使用永磁體的磁場主動調整結構的手性，集體取向和手性。研究者的分析模型證明了在磁體的梯度磁場中存在四極場手性。

在這樣的磁場中組裝納米棒導致手性超結構的形成，其手性和手性性質由磁體的位置和取向決定。結構手性可以通過摻雜或涂覆到宿主磁性構件上轉移到有機分子和無機化合物上，展示了手性超結構的一般方法。

圖1. 永磁體的四極場手性

圖2. Fe₃O₄/Au雜化納米棒的磁性組裝成手性超結構

圖3. 組裝上部結構的可調諧CD光譜

圖4. 組裝上層結構的可調諧CD光譜和旋光色散

圖5. 非手性分子的全尺度磁組裝成手性超結構

綜上所述，立方體永久磁鐵局部場向量的一致旋轉形成了四象限中的偶極子場奇偶性，在四個象限中交替使用左手和右手磁場。這種奇偶磁場誘導將磁納米棒組裝成奇偶超結構，其手性和奇偶性由磁場的局部特征決定。

這種策略允許從各種化學化合物(等離子體材料、聚合物、氧化物、金屬、半導體、熒光納米結構和分子片段)的納米結構中遠程、可逆和瞬時地組裝成奇偶超結構，并在其廣泛的光譜和環偏振發光范圍內有能力對它們的CD響應進行主動調諧，只要它們能夠正確地綁定到磁納米棒上。

通過在聚合過程中施加外部磁場，可以將這些化學化合物的奇偶性固定在所有尺度上，這可以通過將形成的超結構嵌入聚合物基底來實現。

這種簡單策略使奇偶超結構在無外接磁場的情況下不揮發，并為便攜式奇偶器件提供了高度的可用性。

作者簡介

殷亞東(Yadong Yin)，教授，材料科學家，江蘇人，美國加州大學河濱分校(University of California，Riverside) 終身教授，同時擔任西安交通大學、北京化工大學等學校的客座教授。

1992年從江蘇常州江蘇省前黃高級中學(原武進市前黃中學)考入中國科學技術大學9212班(即92級應用化學系)學習。1996年于中國科技大學獲得學士學位，1998年于中國科技大學獲得碩士學位，2002年于美國華盛頓大學獲博士學位(導師為夏幼南教授)，之后在美國加州大學伯克利分校與勞倫茲伯克利國家實驗室工作(導師為A. Paul Alivisatos院士)。2006年起任美國加州大學河濱分校助理教授，2011年晉升為副教授。

殷亞東教授的研究領域包括材料及界面化學，以發展新材料和利用新能源為主題，以化學合成、組裝和功能化為主要手段，同時跨越材料、物理、生物及工程等多個學科。以納米技術為特色，致力于研究材料的新組成、新結構、新特性和新應用。

殷亞東教授在新型納米材料的合成、表征、功能化及其在光子晶體印刷術等領域的應用等方面取得了杰出的成就，在這些領域產生了少有的巨大的國際影響力。

2011年Thomson Reuters公布了全球頂尖百名化學家(Top 100 Chemists, 2000-2010)和全球頂尖百名材料學家(Top 100 Materials Scientists,，2000-2010)名單，殷教授在化學領域的世界排名是第55位、在材料科學領域的世界排名是第2位。

近年來，殷教授發表論文近兩百篇，其中60余篇發表在Science，Nature及Nature子刊、JACS、Angewandte Chemie International Edition、Nano Letters、Advanced Materials等國際著名刊物上。共取得美國專利十多項，主持科研項目多項。

他在教書育人方面也取得了豐碩的成果，出自他門下的教授已有葛建平(華東師范大學教授)?、張鐵銳(中科院理化所百人)?和高傳博(西安交大教授)等，所指導的學生也獲得了諸多榮譽，包括”國家優秀自費留學生獎學金“、”美國材料協會(MRS)杰出研究生獎”和”國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)青年化學家獎”等。

彩蛋：細心的讀者會發現，據不完全統計，自6月28日以來，中科大已有三位校友在Nature和Science上發文，他們分別是：6月28日的汪淏田“”，6月29日同期Science的中國科學院物理研究所的許楊“”，再加上殷亞東教授這篇Science。中國科學技術大學這兩天，不可謂風光一時無兩。

文獻信息

Zhiwei Li et al., A magnetic assembly approach to chiral superstructures. Science 380, 1384-1390(2023). DOI:10.1126/science.adg2657

原文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg2657

https://baike.so.com/doc/7113381-7336436.html

http://www.faculty.ucr.edu/~yadongy/

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