想要按需製造「大原子」？點一下開關就可以

懸浮在液晶中的六邊形二氧化硅可以模擬原子間的相互作用。

在特定光的照射下，大原子周圍的液晶分子會以獨特的方式發生彎曲。

phys.org網站5月29日報道，《自然》雜誌發文稱，美國科羅拉多大學博爾德分校的研究人員在控制和組裝「大原子」方面取得了重要進展：或許在不遠的將來，研究人員或許只需輕輕按下按鈕，就能按照需求製造出原子了。新突破的工作主要是圍繞膠體粒子展開的。當膠體粒子與液晶混合時，它們會變得很像原子。這使得物理學家們有機會在高於原子尺度的水平研究氫、氦等原子的行為和相互作用。例如，將「大原子」置於不同種類的光下，研究人員只需要點擊開關，大原子的電荷機會發生翻轉。

物理學教授Ivan Smalyukh說：「我們已經擁有了足夠的控制權來設計和決定粒子的組成和性質。該成果就像設計師的工具包。」Smalyukh提及的工具包基於一種簡單的成分：液晶。液晶材料通常由排列整齊的分子組成，它可以用於手機、電腦等顯示屏。在過去的近十年中，科學家們逐漸注意到了液晶的奇特之處：將諸如微細二氧化硅等微粒加入液晶中時，一度有序的液晶分子就會被擠壓至彎曲，以便為「新來者」騰出空間。液晶彎曲的方式在數學上與原子的電子層結構非常相似。

Smalyukh說：「弄清楚液晶是如何圍繞粒子彎曲的非常重要。液晶分子的原有狀態被破壞時，它會消耗能量，而這些能量會推動有趣的相互作用。」以恰當的方式彎曲液晶分子，二氧化硅微粒就會相互碰撞，表現得像兩個結合在一起的原子，但它們的尺寸比真的原子大得多。然而，研究人員無法控制大原子之間的相互作用。現在，他們的團隊找到了解決方案。

Smalyukh等利用六邊形二氧化硅和液晶製作了獨特的膠體混合物。在將二氧化硅加入液晶之前，Smalyukh等預先在二氧化硅表面塗上了特殊染料，這種染料在特定光的照射下，會使二氧化硅產生旋轉。例如，混合物受到某種藍光的照射時，液晶分子會以對應模式沿著二氧化硅彎曲。換用另外一種光，它們又會以完全不同的方式彎曲。應用不同的光-染料組合，Smalyukh等甚至能隨心所欲地轉換大原子的有效電荷了。物理學博士後研究員、論文作者Ye Yuan說：「打個比方，這幾乎就像利用光將物質變成了反物質。並且，我們只需要一盞普通的帶濾光片的燈就能實現這一切，而不需要使用高功率激光器。原則上講，我們可以在科羅拉多某個陽光明媚的日子裡，在室外隨意看看大原子的相互作用。」

Yuan等對液晶-大原子技術感到興奮。他們相信，通過適當的調整，研究人員可以用光控方法組裝出各種獨特的粒子，進而創造或者解離這些自然界中不存在的人造原子結構。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：阿淼

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