纳米结构扭曲程度首次实现控制

美国密歇根大学领导的一个研究小组显示，由纳米颗粒自组装而成的微米大小的“蝴蝶结领结”，可形成各种不同的扭曲形状，并能被精确控制。这一进展为轻松生产与扭曲光相互作用的材料开辟了道路，为机器视觉和药物生产提供了新的工具。相关论文15日发表在《自然》杂志上。

虽然生物学上充满了像DNA这样的扭曲结构，也就是众所周知的手性结构，但其扭曲的程度是固定的，试图改变它会破坏这种结构。

扭曲的纳米结构将编码从表面反射的光波形状的信息，它将优先反射某些类型的圆偏振光，这种形状在空间中移动时会扭曲。

信息将被编码为反射频率、扭曲的松紧度以及扭曲是左旋还是右旋的组合。通过避免使用自然光和环境光，而是依靠机器人产生的圆偏振光。无论是在明亮还是黑暗的环境中，机器人都不太可能错过信息或误解提示。它能选择性地反射扭曲光的材料，即手性超材料。

研究人员表示，他们已实现控制从完全扭曲的左手结构到平坦的结构，再到完全扭曲的右手结构的扭转。

研究人员将“领结”当作油漆，把它们与聚丙烯酸混合，然后涂抹在玻璃、织物、塑料和其他材料上。激光实验表明，只有当光中的扭曲与“领结”形状中的扭曲相匹配时，这种油漆才会反射扭曲光。

“领结”是由镉金属和胱氨酸混合制成的，胱氨酸是一种蛋白质片段，它在掺有碱液的水中，有左手和右手两种版本。每个“领结”都有糖果包装一般的扭曲结构，与其他可能需要数天时间才能自组装的手性纳米结构不同，“领结”只需90秒就能形成。该团队在“领结”光谱中制作了5000种不同的形状。