此前北京大学的一组研究人员发现，用金制成的小箭头可以用来建造奇异的新上层建筑。研究发表在《Science Advances》上，研究人员描述了纳米箭头是如何形成的，以及它们如何被用来制造二维和三维超级晶体。随着寻找新的有用材料的工作继续进行，科学家们一直在寻找不寻常的结构，以此作为建造其他物体的基础。一个特定的研究领域涉及到寻找在纳米水平上以特定方式表现的材料，特别是那些对光有反应的材料(纳米光子学)。研究人员指出，这是一个缺乏纳米晶体生产的领域，纳米晶体的可调和复杂程度足以满足不断增长的领域的需要。
金纳米箭头的扫描电子显微镜图像。图片：Wang et al.,Sci. Adv. 2017;3: e1701183
博科园-科学科普：在这项新工作中，该小组开发了一种新型的构建模块，用于制造这种材料——纳米箭头，它们可以用来制造独特的晶体结构。这种纳米箭头是由两条黄金金字塔组成的，每条金字塔的两端都连接着一根同样由黄金制成的四翼轴。它们是用一种受控的金纳米棒超长过程制成的。结果是一个极小的两点箭头，尖端指向相反的方向。研究人员指出，这种独特的形状，以及它们是统一的事实，允许构造独特的组合。当放置平面时，GNAs可以面对面对齐，从而构建出有趣且可能有用的二维超晶体，其中一些类似于拉链，另一些类似于编织布。研究小组进一步指出，以二维结构为基础，就有可能创造出不同密度或不同孔隙结构的紧密堆积三维超晶体。
由GNAs组装的3D SCs，Net III (A1至B4)和Weave III (C1至C4) SCs的SEM图像(A1、A2、B1、B2、B3、C1、C2)和几何模型(A3、A4、B4、C3和C4)；Insets显示相应的FFT模式；与相邻GNAs的小平面相对的小平面在(A4)、(B4)和(C4)中用藏红花绘制。图片：Wang et al.,Sci. Adv. 2017;3: e1701183
将电磁刺激应用于这种晶体会导致奇异的晶体模式的生长，这种方法可能会打开一扇门，开启涉及自组装纳米粒子超结构的新研究之门。最终产品可能包括适用于纳米光子学或可重构建筑材料的新型等离子体超材料。通过纳米技术和基础化学的巧妙结合，桑迪亚国家实验室的研究人员鼓励黄金纳米颗粒自组装成异常大的超晶体，这可以显著提高爆炸物或药品中化学物质的检测灵敏度。超晶体比目前使用的普通光谱学仪器更有感知能力，就像狗的鼻子比人的鼻子更有感知能力一样。其他研究人员之前曾报道过形成金超晶体，但仅限于微米范围，对于商业生产来说太小了。范的亚毫米超晶体很容易被宏观世界的工业工具操纵。
两个具有凹形几何形状的GNAs的锁定和解锁示意图。图片：Wang et al.,Sci. Adv. 2017;3: e1701183
?最近在《自然通讯》上报道的台式传感器也出奇的便宜，“超级晶体是由黄金构成的，但只是其中的一小部分，形成一个传感器需要0.012克黄金，总材料成本约为50美分。为了形成每一个桑迪亚超级晶体，数以百万计的黄金纳米颗粒有序地自组装。这些粒子会自然形成类似于珠宝商切割钻石的平面，以维持晶体存在所需的最低能量水平存在。水晶刻面像猎犬一样“海湾”这些面善于识别和传输信号。当预先确定的外部频率被“嗅”时，它们就会像猎犬一样成群地发出强烈的信号。这是因为当一个纳米粒子识别一个频带并使其共振时，能量将通过近距离和局部电磁场传递给其他纳米粒子。
桑迪亚国家实验室的研究员范鸿友(音译)手里拿着一小瓶黄金超级晶体，他将在他右边的x射线散射仪器中对其进行表征。图片：Randy Montoya, Sandia National Laboratories
发出警报的纳米颗粒以一种回声的方式增强了反应，使不太敏锐的传感器可能忽略的东西变得引人注目。这种晶体的最初形成过程是将直径约5纳米的黄金微粒分散到一种“好的”溶剂甲苯中。然后他们在“敌对”的溶剂异丙醇中浸泡，异丙醇是过饱和的粒子，然后从其中喷射或沉淀出来。喷射出的颗粒，难民从溶液中，然后结晶成小种子。平面的生长使它们能够对各种各样的传入化学气味或光带频率做出反应。材料的适当浓度和颗粒浸入时间是形成大晶体的重要因素，这一过程可能需要长达一周的时间。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Communications》,《Science Advances》｜研究/来自：北京大学，桑迪亚国家实验室，DOI: 10.1126/sciadv.1701183，DOI: 10.1038/s41467-018-04801-9
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