中国科学技术大学(USTC)物理学院彭晨辉教授团队通过将光驱动分子马达与液晶(LC)分子相结合,实现了胶体粒子的集体转移和可重构自组装。向列相,其方向用拓扑模式和向错网络编程。
这项工作于4月11日发表在美国国家科学院院刊上。通过光照射,纳米马达的协同重组引发了向错网络的集体动力学。向错线的形态变化用于以平移、旋转和可编程的方式传输和重新配置胶体组件。这项工作为未来在微机械和智能材料中的应用打开了大门。
自然界中的纳米马达启发了科学家设计合成分子马达,以通过协同作用驱动微型物体的运动。已经合成了光驱动分子马达,但是利用它们的协同重组来控制胶体的集体传输并实现胶体组装的重构仍然是一个挑战。
在这项工作中,拓扑涡旋印在偶氮苯分子的单层中,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引起LC分子的集体运动,从而引起向列向错网络的时空演变,这些向错网络由涡流的受控模式定义。连续体模拟提供了对向错网络形态变化的物理洞察力。
当微胶体分散在LC介质中时,胶体组件不仅通过向错线的集体变化进行传输和重新配置,而且还受到预先设计的方向模式定义的弹性能量景观的控制。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和智能复合材料提供了机会。
在研究中,该团队还阐明了预先设计的拓扑缺陷如何控制胶体粒子在向错线上的运动机制,这是由液晶局部预先设计的展开和弯曲变形的弹性特性决定的。因此,这种光驱动可编程胶体自组装的物理机制在于通过光协同重组纳米级分子机器,利用分子机器与液晶分子的相互作用来控制纳米级液体的变化。晶体分子取向。
由于液晶分子的长程有序特性,触发了表面宏观液晶分子的取向变化。这种宏观变化通过表面锚定进一步驱动样品内部液晶微观结构的变化,从而实现向错网络和胶体自组装的宏观尺度重构。