Nature Materials：这个金刚石结构，首次合成！
纳米人
研究背景
尽管四面体结构简单，但它们可以组装成多种高密度和低密度结构。
鉴于此，美国布鲁克海文国家实验室Fang Lu研究员、哥伦比亚大学Oleg Gang教授、密歇根大学Sharon C. Glotzer教授等人在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Octo-diamond crystal of nanoscale tetrahedra with interchanging chiral motifs”的最新论文。在本研究中，他们报道了一种由纳米级固态四面体形成的低密度“八晶胞金刚石”结构，其基本晶胞包含64个四面体，并由8个立方金刚石子晶胞组成。
该晶体本身是非手性的，但由具有交替手性的手性双层构成，双层结构的左手和右手手性结合金四面体的等离子体特性，在晶体表面产生手性光学响应。
研究者发现，疏水基底促进了四面体排列成不规则的环状图案，从而形成关键的、不均匀的拓扑结构，以稳定观察到的八晶胞金刚石结构。本研究揭示了一种通过颗粒-基底相互作用影响胶体结晶的有效途径，拓展了纳米粒子自组装的工具箱。
研究亮点
（1）实验首次设计并制备了低密度的“八晶胞金刚石”结构，利用纳米级固态四面体成功构建了一个以四面体为组装单元的结构，其基本晶胞由8个立方金刚石子晶胞，64个具有4种不同取向的四面体组成。
（2）实验通过在疏水表面上进行溶剂蒸发，成功实现了四面体的自组装，得到了具有交替手性双层构成的非手性八晶胞金刚石结构。该结构的特定晶体表面具有显著的手性光学响应。
（3）结合多模态的三维成像技术（X射线和STEM断层扫描），实现了纳米级自组装结构的高精度解析，为实现多重尺度下的复杂纳米结构表征提供了范例。X射线断层扫描和三维重构发现了晶体呈现的立方相金刚石结构，分辨率更高的STEM断层扫描和三维重构证实了晶体中纳米四面体的四种不同取向。同时，大尺度的X射线断层扫描提供非破坏性的表征手段，揭示了在疏水基底界面上组装结构自下而上从不规则到规则的转变。
（4）通过层次化的实验和计算研究，发现四面体在疏水基底的作用下排列成不规则的环状图案，形成了关键的、不均匀的表面拓扑结构，这种结构对稳定八胞金刚石晶体起到了重要作用。
图文解读
图 1. 具有突发手性光学响应的3D Au 纳米四面体组件
图 2. 纳米四面体组装的3D晶格的 X 射线断层扫描重建
图 3. 基于电子（STEM）断层扫描的纳米四面体组装的3D晶格重建
图 4. 由纳米四面体组装而成的八晶胞金刚石结构
图 5. 纳米四面体组装成具有交替平面手性的八晶胞金刚石胶体晶体结构背后的机制
结论展望
本研究发现，纳米级四面体（TH）可以自组装成一种低体积分数结构，称为八晶胞金刚石（octo-diamond），其在疏水基底上组装时呈现为交替的左手（LH）和右手（RH）双层堆叠。八晶胞金刚石的单位晶胞包含64个四面体，具有四种简并的取向。
在该结构中，相邻双层中的四面体沿[111]晶格方向排列成交替的手性“涡旋”图案，从而产生了观察到的手性光学响应。研究者的研究扩展了四面体可能形成的丰富多样的结构，通过实验发现了一种复杂的自组装结构，展示了非手性物体在整体非手性晶格中发生手性图案互换的可能性。之前的模拟预测和实验确认了硬四面体形成了一种非手性的十二边形准晶相，其中包含交替手性四螺旋的相互连接。然而，由于四螺旋的嵌入性，使得其手性难以利用。与此不同，八晶胞金刚石中的手性成分暴露在超晶格表面，因此可以被有效利用。
最重要的是，研究者的研究突出了底层花瓣环层提供的“软表面”在促进所发现的三维八晶胞金刚石结构组装中的关键作用。这种软表面的拓扑不规则性使得四面体组装能够克服传统体内组装过程的限制，开启了独特四面体组织的组装途径。这一发现为通过表面促进路径探索形状粒子的相变，并通过工程化纳米尺度表面拓扑来诱导结构相的形成提供了新思路。
原文详情：
Lu, F., Zhang, Y., Dwyer, T. et al. Octo-diamond crystal of nanoscale tetrahedra with interchanging chiral motifs. Nat. Mater. 24, 785–793 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02185-y
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