科学家实现光驱动可编程胶体自组装

来自中国科学技术大学物理学院的彭晨辉教授团队通过将光驱动分子马达与向列相中的液晶(LC)分子相结合，实现了胶体颗粒的集体转移和可重构自组装，其取向由拓扑模式和分化网络编程。

这项工作于11月<>日发表在《美国国家科学院院刊》上。通过光照射，纳米电机的协同重组诱导了分化网络的集体动力学。利用分化线的形貌变化以平移、旋转和可编程的方式传输和重新配置胶体组件。这项工作为微机械和智能材料的未来应用打开了大门。

自然界中的纳米电机激发了科学家设计合成分子马达，通过协作作用驱动微尺度物体的运动。光驱动的分子马达已经合成，但利用它们的协同重组来控制胶体的集体运输并实现胶体组装的重新配置仍然是一个挑战。

在这项工作中，拓扑涡旋印在偶氮苯分子的单层中，这些偶氮苯分子进一步与向列液晶(LC)界面。偶氮苯分子的光驱动协同重新定向诱导LC分子的集体运动，从而诱导由涡旋受控模式定义的向列分化网络的时空演变。连续介质模拟提供了对分化网络形态变化的物理洞察。

当微胶体分散在液相色谱介质中时，胶体组件不仅通过分化线的集体变化进行传输和重新配置，而且还由预先设计的取向模式定义的弹性能量景观控制。胶体组件的集体传输和重新配置也可以通过操纵辐照偏振来编程。这项工作为设计可编程胶体机器和智能复合材料提供了机会。

在研究中，团队还阐明了预先设计的拓扑缺陷如何控制胶体颗粒在消散线上的运动机制，这是由局部预先设计的液晶展开和弯曲变形的弹性性质决定的。因此，这种光驱动的可编程胶体自组装的物理机理在于通过光对纳米级分子机器进行协同重组，利用分子机器与液晶分子的相互作用来控制纳米级液晶分子取向的变化。

由于液晶分子的长程有序性质，触发了表面宏观尺度液晶分子取向的变化。这种宏观变化通过表面锚定进一步驱动了样品内部液晶微观结构的变化，从而实现了宏观尺度的重新配置，朝着分化网络和胶体自组装。

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