奈何用最“肤浅”的章程

搭建出最“复杂”的微不雅结构？

这是材料科学规模的一个中枢挑战

复旦大学物理学系、

应用名义物理宇宙重心实验室谭鹏栽培与协作家

于北京时分2026年4月1日晚间

以“dual-symmetry-guidedassemblyofcomplexlattice”为题在《当然》（nature）聚拢发表征询着力

提议一种全新的

“对偶对称性指示（dual-symmetry-guided，dsg）”规划范式

这一发现冲破了

“复杂材料拼装必须依赖复杂基元”的传统领会

为利用多种物理和化学技巧技能

制备光子晶体、超导材料等

复杂对称性材料与器件

提供了新的念念路

“正途至简”，

冲破晶格复杂结构传统领会

在凝合态物理与材料科学中，晶格结构一直是物理学家们的重心慈祥对象。它不仅是物资微不雅结构的“骨架”，更是市欢微不雅粒子胪列与宏不雅物感性质的桥梁。晶格决定了材料的基人道质——相通由碳原子组成的物体，钻石之是以坚贞透明、石墨之是以柔滑导电，根源就在于它们原子胪列状貌千差万别。

因此，征询奈何规划、调控并自愿酿成具有特定对称性的复杂结构晶格，不仅是泄露物资世界底层律例的关键，亦然迷惑超导材料、光子晶体等前沿功能材料的基础。

然则，在微不雅物理系统中，通过从下到上的状貌拼装复杂结构，长久以来靠近着一个中枢悖论：按照传统不雅念，要产生复杂的对称结构，必须规划出相当复杂的“定制结构”来相互作用。比如，引入场合性化学键、规划高度各向异性的颗粒样式，或是平直使用与方针结构一致的物理模板。

这些念念路不仅实验条目淡漠，并且易使系统堕入“卡壳”的泥沼，大批的粒子可能被困在失实的位置上，极难酿成大面积、高质地的好意思满晶格。因此，奈何才能用最肤浅的相互作用，搭建出最小巧的宏不雅结构，成为了凝合态物理和材料科学规模亟待突破的瓶颈。

面对这一挑战，征询团队跳出了“用复杂相互作用构筑复杂结构”的传统旅途，从数学与物理的深层几何对称性中收受灵感，提议了一种“化繁为简”的“对偶对称性指示（dsg）”新范式。

这一新范式在结合光镊技巧的二维胶体实验和分子能源学模拟中均取得了考证。团队不仅得胜扫尾了9种复杂阿基米德晶格的自拼装，还将该门径奉行到了具有8、10、12重旋转对称性的二维非周期准晶结构中，讲授了dsg计策的灵验性和普适性。

dsg计策以及在二维胶体实验和分子能源学模拟中的扫尾。图片展示了9种阿基米德晶格和三种准晶格，其结构由3，4，6，8，10，12旋转对称单位按特定设施拼装而成，弘扬出复杂小巧的全局对称性和多规范结构特质。

“咱们的着力为复杂晶格材料的制备提供了一种全新的规划念念路。”论文共同第一作家、博士生孙雯念念回来，188金宝博“通过这一架构，征询东谈主员不错更高效地规划衬底，从而指示方针结构的生成。这不仅裁汰了复杂晶格结构的制备难度，也显耀提高了结构质地。因此，该门径在二维材料、胶体体系、原子分子体系等规模具有庸俗的应用长进。”

利用对偶性质，

扫尾复杂晶格自拼装

这项突破性发现的背后，是团队长达六年的探索。初期，团队沿用传统的模版制备门径，但在履行操作中遭遇了严重的颓势问题，好多粒子卡在失实的位置无法演化，导致最驱逐构不完整。

于是他们启动尝试减少固定点的数目，并不雅察哪些点不错移除而不影响最驱逐构。“通过屡次实验，咱们冉冉发现，在许多复杂晶格中，存在一种内在的‘对偶性’，这些结构不错判辨为两组相互对应的子结构，掌捏其中一组就足以规复举座。”谭鹏先容。

谭鹏

在几何学中，ued(中国)官方网站入口对偶性指的是两个点阵之间不错通过某种数学变换逐个双应，二者在结构上是等价的。团队发现，许多复杂晶格自然具有这种对偶结构。具体来说，一个复杂晶格不错辨认为两组子点阵，这两组子点阵之间互为对偶，这意味着要是掌捏其中一组子点阵的结构信息，就不错通过数学变换推导出另一组，从而完整规复整个晶格。

图1：(a)建筑守密与材料中的复杂对称性晶格结构；(b)复杂晶格的对偶子晶格判辨线路图；(c-d)基于声-光耦合光镊技巧的二维胶体实验系统；(e)基于“对偶对称性指示”自拼装范式构建的复杂胶体晶格。

更紧迫的是，几何的对偶对称性平直响应在了物感性质上，使由处于两个子晶格点位上的粒子组成的两个子系统具有颠倒相似的哈密顿量（hamiltonian）结构。他们发现，在拼装经由中，只是需要寥落地“打下几个关键地基”，锚定其中一个低对称性子晶格，剩余的摆脱颗粒就可在最肤浅的纯各向同性相互作用下，自愿、精确填补到对应的互补子晶格位置，进而重构出宏不雅的复杂方针晶格。

“这让咱们从被迫的‘试错’，转向了主动的‘规划’。”孙雯念念解释谈，“咱们不需要牺牲通盘信息，只需精确‘指示’一半，另一半可通过系统能源学自愿完成。这大幅裁汰了复杂结构自拼装的难度和老本。”

除了规划旨趣上的简化，dsg计策在能源学演化上也展现出无可相比的上风。dsg计策通过减少锚定点，神秘地为摆脱颗粒保留了相互连通的“摆脱体积”。这些摆脱体积就像是系统里面的“高速公路”，使得颗粒巧合进行高效的颓势弛豫。数值模拟讲授，即便在极强的锚定条目下，系统仍是保持了优异的能源学可及性，扫尾了晶格的自拼装与自我缔造。

多学科交叉协作，

拓展材料规划新领域

这项征询被《当然》审稿东谈主评价为一项“优雅的责任”。其“优雅”之处，正在于用极简的物理旨趣，垄断了极复杂的结构生成，揭示了微不雅相互作用肤浅性与宏不雅结构复杂性之间的深层策划。

“对偶对称性指示（dsg）”规划架构不依赖于特定的体系，具有较强的普适性和跨规范奉行价值。无论是软物资胶体，如故纳米光子晶格，这套新范式皆能适用，甚而可通过分层计策从二维平面奉行到三维结构。它让东谈主们不错借助物理、化学等多种技巧技能，去制备功能丰富的复杂材料和器件，从而开辟了宽敞的规划空间和全新的航谈。

多学科交叉为团队“别具肺肠”提供了滚滚不停的灵感。一方面，“对偶对称性”的索要与利用，本色上是几何与图论在物理问题中的应用；另一方面，在征询中，实验使用到的胶体体系、合成门径以及最终酿成的复杂晶格与化学密切干系。这种朝上物理、数学与化学的深度协作，为他们突破传统自拼装的局限注入了能源。

当今，团队正尝试利用ai，在整个可能的材料衬底中自动筛选出最优结构，进一步升迁规划着力。他们但愿将对偶对称性计策与能源学征询相结合，探索其对无序复杂体系能源学行径的调控材干，将这一规划范式奉行至三维复杂晶格以偏激他类型的准晶结构。

“确信跟着这一范式的奉行，它在复杂功能材料的可牺牲备中将阐扬越来越紧迫的作用。”团队期待，该着力的应用长进不局限于物理规模，而是为二维材料、胶体体系等规模开辟全新旅途。

谭鹏课题组合影

复旦大学物理学系、应用名义物理宇宙重心实验室谭鹏栽培，东京大学hajimetanaka栽培与南京大学马余强院士为论文共同通信作家。复旦大学物理学系博士后方煌、博士毕业生李晓天、博士生孙雯念念为论文的共同第一作家。复旦大学黄吉平栽培，博士生王承鑫、陈诺和本科毕业生甘依宁共同参与。本征询责任取得了国度当然科学基金委员会、中国载东谈主航天工程、上海市栽培委员会、上海市科学技巧委员会、江苏省当然科学基金委员会及日本学术振兴会的资助与支撑。

论文贯穿：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10364-3

物理学系

组稿

校融媒体中心

笔墨

邓晗殷梦昊

图片

胡新鹏受访者提供

视频

金灵伊

剪辑

王子逸飞

责编

殷梦昊

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