物电院朱国龙副教授团队在曲面缺陷调控研究中取得新进展

粒子在二维球面结晶的过程中会无法避免地产生拓扑缺陷，并且缺陷的数量会随着体系的增大而增多。缺陷决定了曲面晶格的相结构以及它们的弹性和流变性能，因此，设计并调控拓扑缺陷具有重要的理论意义和实际应用价值。而由于曲面拓扑几何的长程限制，有效控制这些缺陷的数量和分布仍然是一个巨大的挑战。

针对这一挑战，湖南大学物理与微电子科学学院朱国龙副教授团队与清华大学合作利用DNA碱基间的互补配对规则及其温度依赖特性，设计DNA序列并将其接枝在胶体粒子表面以编码粒子间的相互作用，在缓慢的退火过程下，在胶体粒子的球面自组装体系中得到了完美的具有正二十面体对称性的有序结构，该结构具有理论最少的缺陷数量及五重旋转对称性的缺陷分布。

进一步的理论研究表明，在该体系中，温度显著影响着胶体粒子间的有效势能，从而决定了缺陷的数量及其分布。通过伞形抽样的方法，团队清晰地给出了组成该有效势能的熵排斥和焓吸引，并发展了对应的理论体系，为解决弯曲界面上的缺陷调控这一难题提供了有效途径，为预测和设计新型的胶体晶体提供了理论框架。

DNA介导胶体粒子曲面自组装的模型及晶体结构表征

该研究成果以“Programmable Potentials Choreograph Defects in a Colloidal Crystal Shell”为题发表在《物理评论快报》(Physics Review Letters)杂志上，湖南大学物理与微电子科学学院为第一单位，朱国龙副教授为第一作者，清华大学燕立唐教授为通讯作者。该工作得到来自国家自然科学基金等项目的资助。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.048201

来源：物电院

责任编辑：文亦佳