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胶体组装成手性超结构，通常是通过模板或光刻图案化方法完成的，这些方法只适用于具有特定成分和形态的材料，尺寸范围很窄。

在此，来自美国加州大学河滨分校的殷亚东等研究者通过实验证明，手性超结构可以通过磁性组装，迅速在所有尺度上形成任何化学成分的材料，包括分子、纳米和微观结构。相关论文以题为“A magnetic assembly approach to chiral superstructures”于2023年06月29日发表在Science上。

胶体颗粒的超结构，可以具有手性对称性。手性组装的驱动力在于颗粒或结构本身具有手性或通过吸附表面分子和模板来创建手性(通常是螺旋结构)或通过光刻方法实现手性。

特别是由等离子体纳米粒子制成的手性超结构具有独特的光学性质，例如在环偏振光激发下具有圆形偏振光谱(CD),并具有开发电和光传感器和设备的可能性。模板组装和光刻已被用于通过改变CD谱来感知外部刺激的手性超结构。

例如，DNA模板的组装可以将DNA模板的螺旋构型转移到许多纳米结构中，并可用于监测温度和化学结合的变化。

控制这些手性结构的集体取向，无论是在溶液中还是在固体基质中，对于优化奇偶性能仍具有挑战性。此外，现有的策略，如模板组装和手性超晶格形成，仅适用于材料具有狭窄长度尺度和特定化学成分或形状的情况。

设计微型奇偶器件并理解涉及不同物理原理的光-物质相互作用，将受益于一种用于组装不同尺寸、形状和化学成分的手性材料的通用方法，以形成具有可调奇偶响应的手性超结构。

在这里，研究者报道了不同成分和长度尺度的材料，从小分子到纳米和微观结构，快速和可逆地组装成手性结构，并通过使用永磁体的磁场主动调整结构的手性，集体取向和手性。研究者的分析模型证明了在磁体的梯度磁场中存在四极场手性。

在这样的磁场中组装纳米棒导致手性超结构的形成，其手性和手性性质由磁体的位置和取向决定。结构手性可以通过掺杂或涂覆到宿主磁性构件上转移到有机分子和无机化合物上，展示了手性超结构的一般方法。

图1. 永磁体的四极场手性

图2. Fe₃O₄/Au杂化纳米棒的磁性组装成手性超结构

图3. 组装上部结构的可调谐CD光谱

图4. 组装上层结构的可调谐CD光谱和旋光色散

图5. 非手性分子的全尺度磁组装成手性超结构

综上所述，立方体永久磁铁局部场向量的一致旋转形成了四象限中的偶极子场奇偶性，在四个象限中交替使用左手和右手磁场。这种奇偶磁场诱导将磁纳米棒组装成奇偶超结构，其手性和奇偶性由磁场的局部特征决定。

这种策略允许从各种化学化合物(等离子体材料、聚合物、氧化物、金属、半导体、荧光纳米结构和分子片段)的纳米结构中远程、可逆和瞬时地组装成奇偶超结构，并在其广泛的光谱和环偏振发光范围内有能力对它们的CD响应进行主动调谐，只要它们能够正确地绑定到磁纳米棒上。

通过在聚合过程中施加外部磁场，可以将这些化学化合物的奇偶性固定在所有尺度上，这可以通过将形成的超结构嵌入聚合物基底来实现。

这种简单策略使奇偶超结构在无外接磁场的情况下不挥发，并为便携式奇偶器件提供了高度的可用性。

作者简介

殷亚东(Yadong Yin)，教授，材料科学家，江苏人，美国加州大学河滨分校(University of California，Riverside) 终身教授，同时担任西安交通大学、北京化工大学等学校的客座教授。

1992年从江苏常州江苏省前黄高级中学(原武进市前黄中学)考入中国科学技术大学9212班(即92级应用化学系)学习。1996年于中国科技大学获得学士学位，1998年于中国科技大学获得硕士学位，2002年于美国华盛顿大学获博士学位(导师为夏幼南教授)，之后在美国加州大学伯克利分校与劳伦兹伯克利国家实验室工作(导师为A. Paul Alivisatos院士)。2006年起任美国加州大学河滨分校助理教授，2011年晋升为副教授。

殷亚东教授的研究领域包括材料及界面化学，以发展新材料和利用新能源为主题，以化学合成、组装和功能化为主要手段，同时跨越材料、物理、生物及工程等多个学科。以纳米技术为特色，致力于研究材料的新组成、新结构、新特性和新应用。

殷亚东教授在新型纳米材料的合成、表征、功能化及其在光子晶体印刷术等领域的应用等方面取得了杰出的成就，在这些领域产生了少有的巨大的国际影响力。

2011年Thomson Reuters公布了全球顶尖百名化学家(Top 100 Chemists, 2000-2010)和全球顶尖百名材料学家(Top 100 Materials Scientists,，2000-2010)名单，殷教授在化学领域的世界排名是第55位、在材料科学领域的世界排名是第2位。

近年来，殷教授发表论文近两百篇，其中60余篇发表在Science，Nature及Nature子刊、JACS、Angewandte Chemie International Edition、Nano Letters、Advanced Materials等国际著名刊物上。共取得美国专利十多项，主持科研项目多项。

他在教书育人方面也取得了丰硕的成果，出自他门下的教授已有葛建平(华东师范大学教授) 、张铁锐(中科院理化所百人) 和高传博(西安交大教授)等，所指导的学生也获得了诸多荣誉，包括”国家优秀自费留学生奖学金“、”美国材料协会(MRS)杰出研究生奖”和”国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)青年化学家奖”等。

彩蛋：细心的读者会发现，据不完全统计，自6月28日以来，中科大已有三位校友在Nature和Science上发文，他们分别是：6月28日的汪淏田“汪淏田，最新Nature！”，6月29日同期Science的中国科学院物理研究所的许杨“强强联合！中科院物理所&武汉大学，最新Science！”，再加上殷亚东教授这篇Science。中国科学技术大学这两天，不可谓风光一时无两。

文献信息

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

原文链接：

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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