Nature Materials：一种自组装新型晶体结构

尽管四面体结构简单，但它们可以组装成多种高密度和低密度的结构。布鲁克海文国家实验室Oleg Gang、卢芳等人通过自组装形成一种新型低密度三维晶体结构——由64个四面体构成的立方单胞（含8个立方金刚石亚晶胞）的八金刚石结构，体积分数约为0.5。该研究不仅扩展了纳米自组装的设计策略，还为手性光学材料和功能性超材料的开发开辟了新方向。研究成果以Octo-diamond crystal of nanoscale tetrahedra with interchanging chiral motifs为题发表于Nature Materials。

研究成果主要创新点有：

1.首次实验实现由纳米四面体自组装的低密度八面金刚石晶体，其交替手性双层为新型手性超材料设计奠定了基础。

2.多模态三维成像技术（X射线与STEM断层扫描）的结合，实现了纳米级自组装结构的高精度解析，为复杂纳米材料表征提供了范例。

3.揭示了基底表面性质（疏水/亲水）通过调控粒子-基底相互作用，决定三维自组装路径的关键作用，拓展了表面工程在纳米粒子自组装中的应用。

4.交替手性双层诱导的等离子体手性光学响应，为开发手性光子器件和光学传感器提供了潜在材料平台。

5.通过能量计算模型，阐明四面体旋转与相互作用（范德华力、静电排斥、耗尽效应）的平衡机制，为预测复杂自组装结构提供了理论框架。

图1：具有突发光学响应的3D Au TH组件

图2：THs组装的三维晶格的X射线断层重建

图3：基于STEM断层扫描的三维TH晶格3D重建

图4：由TH组装而成的八角形金刚石结构

图5：TH组装成具有交替平面手性的八金刚石胶体晶体结构

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02185-y