外貌复合球体的结晶态描摹节制机制获展现
核—壳—外貌复合球体的结晶态描摹节制机制获展现
左1：二维球面存在十二个呈二十面体分列的五度对称拓扑缺陷；左2：非洲猪瘟病毒的二十面体衣壳布局；右1：正四面体小结晶体的三维会萃；右2：小结晶体四面体形成的三维二十面体布局
复旦大学物理学系、应用外貌物理国度重点尝试室谭鹏课题组与日本东京大学传授Hajime Tanaka课题组相助，通过尝试与模仿团结，首次发明球面拓扑缺陷和球内结晶进程的动力学协同，形成核—壳—外貌复合结晶体的描摹节制物理机制，为小标准自组织布局设计提供了新的道理和思路。相关成就克日在线颁发于《自然—物理》。
小标准自组织布局常见于自然界和种种人工合成质料，如病毒、纳米颗粒，以及大分子或颗粒聚积体形成的团簇等。以简朴的二维球面为例，传统理论认为其外貌布局主要由拓扑缺陷节制，如球面上存在12个5度旋转对称的点缺陷（如图左1）。这一理论很好地表明白球状病毒卵白壳布局的形成，如非洲猪瘟病毒的衣壳布局（图左2）。然而，球形约束形成的三维布局具有多样性；受到布局体的尺寸、内涵对称性等多因素影响，如具有正四面体特性的小晶粒也可由会萃效应形成内涵二十面体布局（图右）。两种方法如何协调节制自组织布局体的描摹今朝尚缺乏统一的物理机制。
为此，谭鹏课题组操作三维共聚焦荧光显微镜对球形液滴内胶体粒子的自组装动力学举办了三维及时原位视察，通过节制液滴中的离子浓度，发明三种差异描摹的核—壳—外貌复合布局，内核别离为二十面体超布局ICO、面心立方FCC单晶和体心立方BCC单晶，然而其外貌布局仍由拓扑缺陷节制。
同时，研究人员通过阐明三种描摹演化动力学，发明球面拓扑缺陷和体布局内涵对称性的动力学协调竞争机制：在发展初期由外貌拓扑缺陷抉择，在发展中期阶段的外—内协调抉择末态描摹。研究表白小标准自组织布局的描摹不只受热力学差遣，并且受动力学调控。
谭鹏传授暗示，这为受限布局体的描摹选择提供了一种新的动力学机制，对纳米粒子的制备、生物自组装进程有重要的指导意义。
复旦大学物理学系博士生陈妍双为论文第一作者，谭鹏和Hajime Tanaka为论文配合通讯作者。论文的相助者还包罗上海交通大学传授姚振威，研究事情获得了自然科学基金委、上海市科委和复旦大学等的支持。
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41567-020-0991-9
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