科学家将DNA扭曲成可自组装的纳米结构，或将彻底改变技术领域

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，实现这种结构通常需要精密而繁琐的制备步骤，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，"斯图加特大学第二物理研究所所长Laura Na Liu教授表示。

莫尔超晶格构建的新范式

"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。该组装工艺指的是通过单个DNA链的连接形成更大有序结构，其基础是自组织特性：DNA链仅通过分子相互作用就能自发结合，无需外部干预。斯图加特研究团队正是利用了这一特性。"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，然后让整个架构以纳米级精度自组装。"这种种子作为结构蓝图，指导二维DNA晶格分层生长为精确扭转的双层或三层结构，所有步骤仅需单一溶液相组装即可完成。

探索未知领域：纳米尺度的莫尔结构

虽然莫尔超晶格在原子（埃）级和光子（亚微米）尺度已被广泛研究，但在分子可编程性与材料功能交汇的中间纳米尺度领域仍存在大量空白。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。

采用这种混合策略，研究人员构建了单元尺寸小至2.2纳米的微米级超晶格，具有可调谐扭转角和多种晶格对称性（包括方形、笼目和蜂窝结构）。他们还展示了梯度莫尔超晶格，其扭转角及相应的莫尔周期在结构中连续变化。"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，"马克斯·普朗克固体研究所合著者Peter A. van Aken教授指出。

该研究还提出了一种新的莫尔超晶格生长工艺。该工艺通过DNA种子上空间定位的捕获链启动，这些分子"挂钩"能精确结合SST并指导其层间排列，从而实现SST子晶格精确对准的双层或三层扭转结构的可控形成。

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

这种新型莫尔超晶格凭借其高空间分辨率、精确寻址能力和可编程对称性，在科研与技术领域展现出巨大的应用潜力。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2D/3D架构中的理想支架。

当化学转化为刚性框架时，这些晶格可重构为具有可调振动响应的声子晶体或机械超材料。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，莫尔周期性可引导光或声波沿可控轨迹传播。

一个极具前景的应用是自旋选择性电子传输。DNA已被证明具有自旋过滤特性，而这些具有明确莫尔对称性的有序超晶格，可作为在高度可编程环境中探索拓扑自旋传输现象的平台。

"这并非要模拟量子材料，"Laura Na Liu强调，"而是为了拓展设计空间，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。"