扭曲晶體！科學家製造出：DNA螺旋狀的新材料！
2020-10-18 博科園只要簡單地扭轉手指，就能從一副紙牌中創造出一個美麗的螺旋。同樣地，加州大學伯克利分校和勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)的科學家們，已經創造出了一種新的無機晶體，這種晶體由一堆堆原子般薄的薄片組成，這些薄片出人意料地螺旋形，就像一個納米級的撲克牌。在發表在《自然》上的一項新研究報告稱，令人驚訝的結構可能產生獨特的光學、電子和熱特性，包括超導性。
這些螺旋狀晶體由多層硫化鍺構成，硫化鍺是一種半導體材料，與石墨烯類似，很容易形成只有幾個原子甚至單個原子厚度的薄片。這種「納米片」通常被稱為「二維材料」。加州大學伯克利分校材料科學與工程助理教授姚潔說：沒有人預料到二維材料會以這種方式生長，這就像一個驚喜的禮物，我們相信這將為材料研究帶來巨大的機遇。晶體的形狀可能與DNA相似，而DNA螺旋結構對其攜帶遺傳信息的功能至關重要，但底層結構實際上是截然不同的。
與「有機」DNA不同，「無機」DNA主要由碳、氧和氫等我們熟悉的原子構成，而這些「無機」晶體則是由元素周期表中更廣泛的元素構成——在這種情況下，是硫和鍺。由於有機分子的主要成分碳具有獨特性質，形狀往往千奇百怪，而無機分子則更傾向於直線型和窄型。為了創造扭曲的結構，研究小組利用了一種叫做螺旋位錯的晶體缺陷，這是有序晶體結構中的一種「錯誤」，它會產生一定的扭曲力。
這種以科學家約翰·d·埃舍比(John D. Eshelby)名字命名的「埃舍比扭曲」(Eshelby Twist)，已經被用來製造像松樹一樣螺旋狀的納米線。但是這項研究是第一次將埃舍比扭轉用於製造由原子厚度的半導體二維層疊加而成的晶體。通常，人們討厭材料上的缺陷——想要一個完美的晶體，但這一次，我們不得不感謝這些缺陷，它們讓我們在材料層之間創造出一種自然的扭曲。
在去年的一項重大發現中，當兩片原子厚度的石墨烯以所謂「魔角」堆疊和扭曲時，石墨烯就會成為超導材料。雖然其他研究人員已經成功地一次疊加兩層，但這篇新論文提供了一種合成疊加結構的方法，這種結構可以以連續扭曲的方式疊加數十萬層甚至數百萬層。論文第一作者之一、加州大學伯克利分校材料科學與工程專業研究生劉音(音譯)表示：觀察到扭曲晶體中離散臺階的形成，它將光滑扭曲的晶體轉變為圓形樓梯，這是一種與埃舍比扭曲機制相關的新現象。
令人驚訝的是，材料之間的相互作用可以產生許多不同、美麗的幾何形狀。通過調整材料的合成條件和長度，研究人員可以改變層與層之間的角度，創造出一種扭曲的結構，這種結構要麼像彈簧一樣緊，要麼像彈簧一樣松。雖然研究小組通過生長硫化鍺的螺旋晶體演示了這項技術，但它很可能被用於生長其他形成類似原子薄層的材料層。材料科學與工程系系主任、資深理論家達裡爾·克贊在論文中表示：這種扭曲的結構源自存儲能量與相對滑動兩層材料能源成本之間的競爭。
沒有理由期望這種競爭僅限於硫化鍺，而類似的結構應該在其他二維材料體系中也能實現。這些層狀材料的扭曲行為，通常只有兩層以不同角度扭曲，已經顯示出巨大的潛力，並吸引了物理和化學界的大量關注。現在，隨著所有這些扭曲層在新材料中結合起來，發現它們是否會顯示出與這些材料常規堆積不同的材料特性變得非常有趣，但目前，對這些性質的了解非常有限，因為這種材料是如此的新，新的機遇在等著我們。
博科園｜研究/來自：加州大學伯克利分校
參考期刊《自然》
DOI: 10.1038/s41586-019-1308-y
博科園｜科學、科技、科研、科普
相關焦點
-
做扭曲：使用曲面製作二維量子材料
——它表現出有趣、可調的超導特性——通過將二維材料的片狀沉積在基材上，通過滑下納米粒子，稍微彎曲。這種螺旋狀的螺旋具有有趣、可調的超導特性。威斯康星大學麥迪遜分校的科學家發現了一種控制扭曲、微觀螺旋狀物質生長的方法，這種螺旋體只有一個原子厚。由UW-麥迪遜化學教授宋進領導的一個團隊建造的二維材料不斷扭曲，創造了科學家可以利用的新特性來研究納米尺度上的量子物理學。研究人員今天在《科學》雜誌上發表了他們的研究。 -
科學家製造出兼具電學光學高性能的光子晶體
據美國物理學家組織網7月24日報導，美國科學家研發出了一種新方法，改變了半導體的三維結構，使其在保持電學特性的同時擁有了新的光學性質，並據此研製出了首塊光學電學性能都很活躍的新型光子晶體，為以後研製出新式太陽能電池、雷射器、超材料等打開了大門。研究發表在最新一期《自然·材料學》雜誌上。 -
研究人員們發現扭曲會,影響光子晶體光纖的傳輸行為
簡單的縱向扭曲將某些微結構光纖轉換成濾光器，埃爾蘭根馬克斯普朗克光學研究所的研究人員已經在光子晶體光纖中詳細測量了這種效應，並找到了解釋它的理論，他們的研究結果將允許光通信和雷射器，傳感器和光放大器的新應用，玻璃纖維通常用於長距離傳輸光例如，通過網際網路進行快速數據傳輸，光子晶體光纖 -
英製造出80納米富勒烯晶體
英國薩裡大學研究人員發現了一種製造超小純碳晶體的方法，它完全由球形碳「巴克球」分子（即C60），即富勒烯構成。所使用的方法涉及將兩種液體混合在一起，其中一種就包含處於低溫下的C60。 -
石墨烯(帶有扭曲)正在幫助科學家理解超導體
畢竟，有多少其他獲得諾貝爾獎的突破是由科學家們在周五晚上拿著膠帶瞎搞的？從那時起，石墨烯——以及一系列額外的二維材料，如鍺和矽——因其迷人的特性而成為人們著迷和興奮的源泉。越來越多的科學家意識到，在稱為範德瓦爾斯異質結構的構造中將2D材料層堆疊在一起可以允許更大程度地控制其光學和電子特性。正是這種堆疊導致了一個奇怪而令人興奮的發現。 -
物理學家創造出扭曲光的相干光束
這些圖像顯示了從電子束髮出的相干OAM光的螺旋結構，該光束加速到接近光速，並通過簡單的雷射排列成螺旋狀。左：強度圖。通過使用電子束，一組加速器物理學家發現了一種新的方法來產生相干的扭曲光束。SLAC的科學家發現了一種新的方法來創建相干的扭曲光束，這些光束在行進時圍繞中心軸旋轉。它具有產生比目前可能的短脈衝，更高強度和更大範圍的波長（包括X射線）扭曲光的潛力。 -
使用簡單的扭曲,「魔法」材料現在是物理學中的大事
「事實上，Kim說，他和該領域的許多其他人都準備完全從扭曲的雙層石墨烯轉移，感覺其他新材料可能會提供更多令人興奮的機會。不是Jarillo-Herrero。在MacDonald的預測於2011年發布時，他已經在扭曲的雙層石墨烯上工作了一年，他確信有一些東西 - 即使在一位同事試圖警告他可能浪費時間之後。 -
科學家製作出含32個DNA的大晶體
DNA可作為一種編程材料平臺，人們希望它能為計算機、顯微術、生物學等眾多領域帶來全新的革命性納米設備。 -
科學家受螳螂蝦捕食爪啟發研螺旋狀複合材料 有望提高汽車燃油經濟性
蓋世汽車訊 據外媒報導，科學家們受一種小型甲殼類動物的啟發研發了一種新型輕量化、抗衝擊的材料技術，可能能夠改變大家的運動方式，以及提高風電場的生產率和汽車燃油經濟性。 -
科學家在室溫下製造出鑽石
一個國際科學家團隊在實驗室裡，在室溫下幾分鐘內就製造出了鑽石，這個過程在自然界中通常需要數十億年、巨大的壓力和超高溫的溫度。 -
物理學家首次製造出時間晶體,揭開經典對稱性最後一塊面紗
Norman Yao很快，兩個研究團隊就依照Norman Yao所描繪的藍圖分別製造出了他們的第一個時間晶體，使用的是完全不同的設備。這兩個來自馬裡蘭大學和哈佛大學的團隊分別在網上公布了他們的成果並提交發表，Norman Yao是這兩篇論文的共同作者。時間晶體之所以在時間上不斷重複是因為它們受到了一種周期性的衝力，就像不斷地彈一塊果凍讓它周期性晃動一樣。 -
乾貨| 晶體材料及處理方法相詳解
我們都知道Si在自然界中大量的存在，半導體製造的第一階段便是從沙石中選取和提純半導體材料的原料。將沙石轉化為矽化物，如四氯化矽或者三氯矽烷，再與氫反應形成半導體級的矽原料，這一便達到純度高達99.9999999%的矽，它是一種我們稱為多晶或者多晶矽（polysilicon）的晶體結構。 -
《自然》:中外科學家對屈曲石墨烯超晶格材料研究的新進展
量子材料擁有具有特殊性質的強相互作用電子，例如糾纏的軌跡，可以為超快速量子計算機提供構建基礎。它們還可以成為超導體，可以通過提高輸電和電子設備的效率來降低能耗。二維（2D）原子晶體可以響應外部影響（例如襯底方向或應變）從根本上改變其性能，從而在電子結構方面產生實質上新的材料。 -
如何AI繪畫出螺旋狀線條圖形?具體操作方法
同學們知道使用AI怎麼樣繪畫出螺旋狀線條圖形嗎?不知道的話可以去下面這篇文章中看看AI繪畫出螺旋狀線條圖形的具體操作方法。3、用選擇工具選擇多邊形，執行效果-扭曲/變換-變換命令，打開變換對話框。4、設置編輯框參數，縮放：水平和垂直分別設置95%，移動保持不變，旋轉設置：5度，選項：勾選變換對象，副本設置為：30，按確定。5、螺旋旋轉效果出來了，將描邊設置在上方，並選擇漸變工具，設置漸變屬性。 -
一個令人心醉的謎題——DNA和RNA是如何演化出美妙的螺旋結構?
在現代科學中，一直存在一個匪夷所思到令無數科學家心醉的謎題——DNA和RNA究竟是如何演化出這種美妙的螺旋結構的 -
「玩弄」光線的光子晶體是怎樣的存在?
材料牛註：隱身鬥篷最近也不是什麼新鮮事了，可是真正便捷實用好用的還真沒有，問題就出在這個材料上！近日，密西根理工大學的研究人員就製備出了一種奇特的光子晶體，能夠「玩弄」光線於股掌之間，不僅能使光拐彎，還能再加速，從而達到使物體隱身的效果！現在，採用金屬元素製造隱身鬥篷的超材料，有一些難題還是無法得到解決。 -
科學家發現人體製造健康t細胞的分子關鍵
科學家在《實驗醫學雜誌》上發表報告，指出一種基因和蛋白質家族對免疫系統中成熟和功能完備的t細胞的形成至關重要，這一發現可能有助於為多發性硬化症和ibd等免疫疾病帶來新的療法。為了使T細胞活化和成熟，科學家們說AP-1必須幫助打開染色質，染色質是DNA的扭曲結構，它纏繞並在細胞核中凝結，從而控制細胞。這刺激了一系列的基因和分子程序協同形成細胞。在科學家抑制早期CD4 T細胞中AP-1的實驗中，染色質並沒有按照預期打開，T細胞也沒有正常形成或功能。 -
...界不存在的全新材料——科學家首次從頭設計和製造自組裝蛋白絲
據美國物理學家組織網報導，美國科學家首次從頭開始，設計和製造出自組裝蛋白絲。這些蛋白絲是相同的蛋白質亞基自髮結合在一起形成的長的螺旋狀線狀結構。 在自然界中，蛋白絲是活細胞中若干結構和運動部分以及許多身體組織的必要組成部分。 -
【材料課堂】材料最前沿: 航空航天複合材料、石墨烯導電膠水、時間晶體、二維「奇蹟」材料、無損超材料……
列印技術硼烯研究取得重大進展納米工程師利用3D列印技術快速製造出仿生血管網絡歐盟將納米金剛石應用於醫學領域烏克蘭研發出多種石油產品漏油收集吸收劑捷克科學家率先研發納米晶體中定位氫原子的方法 航空航天複合材料處於新時代 -
美研製出奇特的拓撲超導體材料
3年前，美國普林斯頓大學的一個研究小組發現了三維拓撲絕緣體，這是一種金屬表面的奇怪絕緣體，雖然它獨特的屬性具有很大應用潛力，但用於量子計算機卻並非理想材料。兩年來，科學家經過不斷探索，完全扭轉其性質，使之成為表面是金屬、內部卻具有超導性的拓撲超導體。這種新材料的發現有望發展出新一代電子學，使當前的信息存儲與處理方式完全改觀。