大家好！今天一起来了解纳米级四面体组成的独特晶体结构——八金刚石晶体，看看这些小小的四面体是如何组装出奇妙结构的！
*本文只做阅读笔记分享*
一、八金刚石晶体的发现与结构
研究人员发现了一种由纳米级固态四面体形成的低密度“八金刚石”结构。它的晶胞里有64个四面体，还包含8个立方金刚石子单元。这个晶体整体是不具有手性的，但它是由具有相反手性的双层结构组成。
而且，金四面体的等离子体性质，让晶体表面产生了手性光学响应。
二、实验过程与结构观察
实验制备：通过溶剂蒸发的方法来实现金四面体的三维组装。把用十六烷基三甲基氯化铵 CTAC包覆的金纳米四面体滴在疏水的聚氨酯树脂涂层硅基底上，然后让溶剂慢慢蒸发。
结构观察：用扫描电子显微镜（SEM）观察，能看到形成了像小岛一样的结构，还有明显的台阶状特征。高倍SEM图像里，能看到大、小三角形和黑色的三角形空隙，这些分别对应着不同位置的金四面体。而且，双层结构还呈现出2D“涡旋”图案，相邻双层的手性是相反的。就好像微观世界里的小漩涡，一个左旋，一个右旋，特别有趣。
三、手性光学响应
这些手性双层结构的光学特征可有意思啦！
通过暗场显微镜测量，在650-820纳米的范围内，左旋和右旋手性图案的散射强度有明显差异，这表明等离子体纳米物体是手性排列的。
虽然晶体整体因为双层手性交替而呈非手性，但表面双层随机展现的左旋或右旋手性，让晶体有了手性光学特征。就像晶体表面有个小小的“光信号发射器”，能根据手性发出不同的光信号。
四、晶体结构的深入探究
X射线断层扫描：为了更深入了解晶体结构，用了X射线断层扫描技术。它就像给晶体做了一个“CT”，能看到晶体内部的情况。通过多角度硬X射线叠层成像技术和计算三维重建，发现晶体呈现立方金刚石结构。从不同切面看，和立方金刚石模型的平面相匹配，还能用立方和六方晶胞来描述这个结构。
STEM断层扫描：STEM断层扫描技术分辨率更高，能揭示粒子的形状和方向。通过它，清晰地看到了双层结构的几何轮廓，还发现了晶体中四面体的四种不同取向。就好像给每个“小积木”都找到了它们在“积木世界”里独一无二的摆放方向。
五、八金刚石结构的特点与形成机制
结构特点：八金刚石结构的晶胞参数很独特，包含64个四面体，有四种不同取向。沿着[111]方向看，能看到四个相交的立方晶胞。而且，四面体在双层内的旋转形成了特殊的二维蜂窝状图案和三角形空隙，相邻双层的四面体旋转方向相反，这让结构对称性和普通金刚石排列不同。
形成机制：通过晶格能计算，考虑范德华力、静电斥力和耗尽相互作用，发现四面体的旋转角度和CTAC浓度、双层厚度有关。在疏水性基底上，四面体先形成花瓣环图案，这个图案就像一个“温柔的小窝”，能稳定上面的八金刚石晶体。而亲水性基底会限制四面体的运动，导致形成不同的结构。
六、研究意义与展望
这项研究发现了纳米级四面体自组装成八金刚石结构的现象，揭示了通过粒子-基底相互作用影响胶体结晶的新方法，拓展了纳米粒子自组装的技术手段。
未来，也许我们能利用这个发现，制造出更多具有特殊性能的材料，在光学、电子等领域发挥大作用！
七、一起来做做题吧
1、关于四面体的组装结构，下列说法正确的是？
A. 四面体可以平铺空间
B. 四面体组装只能形成高密堆积结构
C. 实验中已发现四面体配位形成的金刚石结构
D. 预测的四面体组装结构只有晶体
2、在研究纳米级四面体组装实验中，使用的基底是？
A. 亲水的硅基底
B. 疏水的聚氨酯树脂涂层硅基底
C. 亲水的聚氨酯树脂涂层硅基底
D. 疏水的硅基底
3、八金刚石晶体结构的特点不包括以下哪一项？
A. 由 64 个四面体组成晶胞
B. 晶体整体具有手性
C. 包含 8 个立方金刚石子单元
D. 相邻双层手性相反
4、在研究中，用于观察纳米级四面体组装结构的技术有？
A. 仅扫描电子显微镜（SEM）
B. 仅 X 射线断层扫描
C. 扫描电子显微镜（SEM）、X 射线断层扫描和 STEM 断层扫描
D. 仅 STEM 断层扫描
5、关于纳米级四面体组装结构的手性光学响应，说法正确的是？
A. 与结构手性无关
B. 仅在特定波长范围有响应
C. 左旋和右旋手性图案散射强度相同
D. 晶体整体手性决定光学响应
参考文献：
Lu, F., et al. Octo-diamond crystal of nanoscale tetrahedra with interchanging chiral motifs. Nat. Mater. (2025).
