科学家将DNA扭转成可自我构建的纳米结构，或将改变技术格局

莫尔超晶格已成为现代凝聚态物理和光子学研究的核心。然而，实现这类结构通常需要精细且费力的制备步骤，包括在高度受控条件下对预制层进行精确对准和转移。"我们的方法绕过了创建莫尔超晶格的传统限制，"斯图加特大学第2^次物理研究所所长Laura Na Liu教授表示。

构建莫尔超晶格的新范式

"与依赖二维材料机械堆叠和扭转的传统方法不同，我们的平台利用自下而上的组装工艺，"Laura Na Liu解释道。该组装工艺指通过连接单个DNA链形成更大、有序的结构。它基于自组织原理：DNA链无需外部干预，仅通过分子相互作用即可结合。斯图加特研究团队正利用这一特性。"我们将超晶格的几何参数——如旋转角度、子晶格间距和晶格对称性——直接编码到初始结构（称为成核种子）的分子设计中。随后整个架构便能以纳米精度自组装。"该种子作为结构蓝图，指导二维DNA晶格分层生长为精确扭转的双层或三层结构，所有这些均在单一溶液相组装步骤中完成。

探索未知领域：中纳米尺度的莫尔结构

尽管莫尔超晶格在原子（埃）和光子（亚微米）尺度已被广泛研究，但在分子可编程性与材料功能相结合的中间纳米尺度领域，仍存在大量未解之谜。斯图加特研究人员通过当前研究填补了这一空白。该团队结合了两种强大的DNA纳米技术：DNA折纸术和单链瓦片（SST）组装。

利用这种混合策略，研究人员构建了单元尺寸小至2.2纳米的微米级超晶格，具有可调谐的扭转角和多种晶格对称性（包括正方形、笼目结构和蜂窝结构）。他们还展示了梯度莫尔超晶格，其中扭转角及由此产生的莫尔周期性在整个结构上连续变化。"这些超晶格在透射电子显微镜下显示出清晰的莫尔图案，观测到的扭转角与DNA折纸种子中编码的角度高度吻合，"来自马克斯·普朗克固体研究所的合著者Peter A. van Aken教授指出。

该研究还引入了一种新的莫尔超晶格生长工艺。该工艺由DNA种子上空间定位的捕获链启动，这些捕获链作为分子'挂钩'精确结合单链瓦片（SST）并引导其层间排列。这使得能够可控地形成具有精准对齐SST子晶格的扭转双层或三层结构。

对分子工程、纳米光子学、自旋电子学和材料科学的广泛影响

其高空间分辨率、精确寻址能力和可编程对称性，赋予新型莫尔超晶格在科研与技术领域的巨大应用潜力。例如，它们是纳米级组件（如荧光分子、金属纳米颗粒或半导体）在定制化二维和三维架构中的理想支架。

当化学转化为刚性框架时，这些晶格可被重塑为声子晶体或具有可调振动响应的机械超材料。其空间梯度设计还为变换光学和梯度折射率光子器件开辟了新途径，其中莫尔周期性可引导光或声沿受控轨迹传播。

一个特别有前景的应用在于自旋选择性电子传输。DNA已被证实具有自旋过滤效应，这些具有特定莫尔对称性的有序超晶格可作为平台，在高度可编程的环境中探索拓扑自旋输运现象。

"这并非模仿量子材料，"Laura Na Liu强调，"而是扩展设计空间，实现从分子层面直接嵌入几何控制，自下而上构建新型结构物质的目标。"