高莱发挥创意 为下一代光子学铺平道路

科学家们已经设计了一种制造复杂结构的方法，以前只在自然界中发现，为操纵和控制光开辟了新的方法。

根据伯明翰大学研究人员的一项新研究，这种结构自然存在于某些蝴蝶的翅膀鳞片中，可以作为光子晶体发挥作用。它可用于控制光谱可见范围内的光，用于激光、传感器以及收集太阳能的设备。

他们的计算研究发表在Advanced Materials上，表明复杂的陀螺结构可以从数百纳米范围内的设计师胶体颗粒自组装。

陀螺通常被称为曲面，它将空间划分为两个交织的通道。这些通道中的每一个都可以具有链接顶点的网络表示，这些顶点具有三重连通性和开瓶器，穿过特定方向(右侧或左侧)的空间。这种扭曲使每个网络都具有手性——镜像不能像左手和右手一样相互叠加。这很重要，因为手性赋予光子晶体额外的光学特性。

然而，当两个相反的惯用手网络以双回旋结构的形式在一起时，手性就会消失。这发生在某些合成系统中。

在这项工作中，研究小组首先提出了一个由胶体球构建的单一网络陀螺结构作为自组装的目标 - 自然界构建架构的方式 - 在建立设计原则之前在计算机模拟中制造这种手性晶体结构。

物理与天文学学院的合著者Angela Demetriadou博士说：“这是一种制造纳米光子介质的令人兴奋的新方法，具有特殊和量身定制的chiro光学特性，对其特性具有极大的控制力。

到目前为止，对自组装胶体光子晶体的关注主要集中在金刚石结构上。胶体金刚石的自组装带来了许多挑战，包括需要选择立方体形式而不是六边形形式，以作为光学器件中的光子晶体的实际应用。

在这项工作中建立的新方法涉及斑块球体，其具有设计师装饰的表面来编码目标结构的信息 - 单胶体陀螺。表面的装饰部分具有粘性，将颗粒聚集在一起形成网络结构。此外，该研究表明，单胶体陀螺还凭借其手性而具有有趣的光学性质，这是金刚石结构所缺乏的。

伯明翰大学化学学院的通讯作者Dwaipayan Chakrabarti博士说：“据我们所知，这是第一份关于设计师构建块直接自组装单胶体陀螺结构的报告。我们希望我们的新方法将刺激胶体自组装领域的进一步研究，特别是建立这一令人兴奋的发展的实验努力。

纽约大学教授Stefano Sacanna教授在胶体合成和新材料自组装方面拥有世界领先的专业知识，他没有参与这项研究。他说：“通过他们的工作，Chakrabarti和同事为胶体自组装社区带来了令人兴奋的新目标。仅使用具有巧妙斑块设计的球体，它们自下而上的胶体陀螺结构路线为新一代实验可实现的光子晶体铺平了道路。