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杜克大学Nat. Commun.: 使用全局蒙特卡罗优化发现二维二元纳米颗粒超晶格

时间：2023-01-08 来源： 浏览：

杜克大学Nat. Commun.: 使用全局蒙特卡罗优化发现二维二元纳米颗粒超晶格

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2022年12月29日，Nat. Commun.在线发表了杜克大学Gaurav Arya课题组的研究论文，题目为《Discovery of two-dimensional binary nanoparticle superlattices using global Monte Carlo optimization》。

二元纳米颗粒(nanoparticle, NP )超晶格表现出独特的集体等离子体、磁性、光学和电子性质。在此研究中，作者通过计算演示了当 纳米颗粒 与形成界面的流体表现出不同的 可混溶性时 ，流体-流体界面是如何用于自组装 纳米颗粒 二元体系到二维超晶格中。作者开发了一种 适用于界面 捕获结构量身定制的 basin-hopping 蒙特卡罗 (basin-hopping Monte Carlo, BHMC )算法，以快速确定 纳米颗粒 的 基态构型 ， 从而 能够探索 在界面处形成的二进制纳米颗粒体系结构 。 通过改变 纳米颗粒 尺寸比、粒子间相互作用强度以及 纳米颗粒 与两种流体的 混溶性 差异，展示了一系列 精致的 二维周期结构的组装，包括AB-、AB2-和 AB3- 型单层超晶格以及AB-、AB2-、A3B5-和 A4B6- 型双层超晶格 。研究结果表明，这种界面组装方法可能是一种制备具有可调结构和性能的二维胶体超晶格的通用平台。

图1 探索流体界面纳米颗粒结构的全局优化方法
图2  通过优化预测反对称纳米颗粒的结构相
图3 预测相共存边界的分析模型
图4  在不同纳米颗粒尺寸比下获得单层二元纳米颗粒超晶格

图5 在不同纳米颗粒尺寸比下形成杂化双层 二元纳米颗粒超晶格

【 论文链接 】
Zhou, Y., Arya, G. Discovery of two-dimensional binary nanoparticle superlattices using global Monte Carlo optimization. Nat. Commun. , 2022 , 13, 7976. https://doi.org/10.1038/s41467-022-35690-8

【其他相关文献】

[1] Shevchenko, E., Talapin, D., Kotov, N. et al. Structural diversity in binary nanoparticle superlattices. Nature , 2006 , 439, 55–59. https://doi.org/10.1038/nature04414
[2]  Dong, A., Chen, J., Vora, P. et al. Binary nanocrystal superlattice membranes self-assembled at the liquid–air interface. Nature , 2010 , 466, 474–477. https://doi.org/10.1038/nature09188

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