研究人员开发了制造胶体钻石的方法

期待已久的光子技术可能在未来十年改变光学技术的发展和使用方式。

胶体金刚石自20世纪90年代以来一直是研究人员的梦想。这些结构——微小材料的稳定的、自组装的结构——有可能使光波在计算中像电子一样有用，并为许多其他应用带来希望。但是，尽管胶体钻石的概念在几十年前就已经被提出，但还没有人能够可靠地制造出这种结构。直到现在。

David Pine是纽约大学坦顿工程学院的化学和生物分子工程教授，也是纽约大学的物理学教授，他领导的研究人员已经设计出了一种新的方法，可以让胶体以钻石的形式可靠地自我组装，这可能会导致这种结构的廉价、可伸缩的制造。《自然》杂志9月24日发行的《胶体钻石》中详细介绍了这一发现，它可能开启高效光学电路的大门，从而导致光学计算机和激光的发展，以及比以往更可靠、更便宜的滤光器，以及更多的技术。

派恩和他的同事们，包括第一作者、纽约大学物理系博士后研究员何明新，以及通讯作者、纽约大学化学副教授斯特凡诺·萨坎纳，几十年来一直在研究胶体及其可能的构造方式。这些材料由比人类头发直径小数百倍的球体组成，可以根据球体之间的连接方式以不同的晶体形状排列。每一种胶体通过粘在胶体表面的DNA链连接到另一种胶体上，这种胶体就像一种分子Velcro。当胶体在液体浴中相互碰撞时，DNA会断裂，胶体就会连接起来。取决于DNA附着在胶体上的位置，它们可以自发地创造复杂的结构。

调查人员包括前纽约大学坦顿分校博士后艾蒂安·杜克罗，现任职于法国佩萨克国家科学研究中心的保罗·帕斯卡研究中心;韩国水原成均馆大学的李智拉发现，他们可以利用空间连锁机制自发地产生必要的交错键，从而使这种结构成为可能。当这些锥体胶体相互靠近时，它们在必要的方向上连接起来，形成金刚石。这种机制使胶体可以在不需要外界干扰的情况下自行构造结构，而不需要通过使用纳米机器进行艰苦而昂贵的构造过程。此外，金刚石的结构是稳定的，即使它们形成的液体被移除。

这一发现是因为，当时他还是纽约大学坦顿分校的一名研究生，他注意到自己正在合成的胶体呈金字塔状，具有一种不寻常的特征。他和他的同事提出了所有这些结构可能连接的方式。当他们偶然发现一种特殊的相互连接的结构时，他们意识到他们找到了正确的方法。“在创造了所有这些模型之后，我们立即发现我们创造了钻石，”他说。

”博士。松树的长期示范第一个钻石晶格自组装胶体会解锁新的研究和发展机会重要国防部技术可以受益于三维光子晶体,”埃文Runnerstrom博士说,项目经理,陆军研究办公室(ARO),美国陆军作战能力发展的一个元素命令陆军研究实验室。

他解释说，未来的潜在进展包括应用于减轻重量的高效激光器，以及用于精密传感器和定向能系统的能量需求;以及用于3D集成光子电路或光学签名管理的光的精确控制。

“我对这个结果感到很兴奋，因为它完美地阐明了阿罗材料设计项目的核心目标——支持高风险、高回报的研究，从而开启自下而上的道路，创造出以前不可能制造出来的非凡材料。”

这个团队还包括纽约大学的物理学研究生约翰·盖尔斯(John Gales)和宾夕法尼亚大学的博士后龚哲(Zhe Gong)，他们之前是纽约大学的化学研究生，现在正专注于研究如何在实际环境中使用这些胶体钻石。他们已经在用他们的新结构创造出能够过滤掉光波长的材料，以证明其在未来技术中的用途。

这项研究由美国陆军研究办公室支持，合同编号为W911NF-17-1-0328。额外的资金由国家科学基金会提供，奖金编号为DMR-1610788。

图像可在Tandon图像页。

纽约大学坦顿工程学院始建于1854年，是纽约大学土木工程与建筑学院和布鲁克林学院与理工学院的诞创日。2014年1月的合并创建了一个综合性的工程和应用科学教育研究学院，作为一所全球性大学的一部分，与纽约大学阿布扎比分校和纽约大学上海分校的工程项目有着密切的联系。纽约大学坦登大学植根于创业精神、求知精神和创新解决人类最紧迫的全球挑战的活跃传统。Tandon的研究集中在通信/IT、网络安全、数据科学/人工智能/机器人系统和工具以及它们影响的社会关键领域之间的关键交叉，包括新兴媒体、健康、可持续性和城市生活。我们相信，多样性是卓越的组成部分，我们正在为我们所有的学生、教职员工创造一个充满活力、包容和公平的环境。更多信息，请访问engineering.nyu.edu。