物理学系/应用表面物理国家重点实验室谭鹏课题组与其合作者，近日在胶体体系中成功构建了一类具有可调取向构型的动态“胶体分子”团簇，并系统研究了其结构转变及生长路径的物理机制。相关研究以《Dynamic and asymmetric colloidal molecules》为题，于3月21日在线发表在《自然·通讯》。这一工作不仅拓展了对热涨落主导下介观结构非对称性的物理认知，也为构建具有可调对称性和柔性结构的人工材料提供了新的思路与方法。
在分子体系中，原子通过共价键结合形成稳定结构，不同的轨道杂化形式决定了键角的取向及对称性。在介观尺度上，由于相互作用形式与分子体系的差异，如何复现类似的结构对称性，并调控组装单元的取向分布，是软物质物理和材料科学中的关键问题之一。
本研究构建了一个基于胶体-乳液相互作用的动态胶体分子模型系统，其中卫星粒子被限制在中心粒子表面但仍具有沿球面切向的运动自由度。实验结果表明，胶体分子的非对称性并非通过突变式的一级相变产生，而是源自类液态初始态的连续演化，并最终在零温极限下收敛至稳定构型。通过调控相互作用强度与热力学能标（kBT）的相对大小，本研究成功实现了对胶体分子非对称性的精确调控。
该研究揭示了动态胶体分子的非对称性来源，并阐明了球面约束条件下熵与焓之间的竞争机制。此外，研究团队建立了描述胶体分子形成与演化的动力学理论模型，为精确调控动态胶体分子的构型演化和组装路径提供了理论支持。
来源：物理学系
