合成晶體的新方法使研究人員發現了一種全新的金屬相，這可能對新技術有用。結果通過高級光子源得到了證實。由西北大學和密歇根大學領導的一個研究小組開發了一種將粒子組裝成膠體晶體的新方法，這是一種用於化學和生物傳感以及光探測裝置的寶貴材料類型。利用這種方法，該團隊首次展示瞭如何以自然界中沒有的方式設計這些晶體。

該團隊使用高級光子源（APS），一個位於美國能源部（DOE）阿貢國家實驗室的科學辦公室用戶設施來證實他們的關鍵性發現。

這項研究由Mirkin和密歇根大學化學工程系主任Anthony C. Lembke的Sharon C. Glotzer指導，並發表在《自然材料》雜誌上。

膠體晶體是非常小的顆粒，裡面以有序或對稱的方式排列著其他更小的顆粒（稱為納米顆粒）。它們可以被設計用於從光傳感器和激光器到通信和計算的應用。在這項研究中，科學家們試圖打破自然界的自然對稱性，它傾向於以最對稱的方式排列微小顆粒。

“想像一下，你在一個盒子裡堆放籃球，”阿貢的Byeongdu Lee說，他是APS的小組負責人，也是該論文的作者之一。”你會有一種特定的方式可以從空間中獲得最大的價值。這就是大自然的做法。然而如果球在一定程度上被放氣，你可以以不同的模式堆疊它們。他說，研究小組正試圖用納米材料做同樣的事情，教它們自我組裝成新的模式。”

在這項研究中，科學家使用了DNA，即細胞內攜帶遺傳信息的分子。科學家們已經對DNA有了足夠的了解，能夠對其進行編程以遵循特定的指令。這個研究小組用DNA來教導金屬納米粒子組裝成新的構型。研究人員將DNA分子附著在不同大小的納米粒子表面，並發現較小的粒子在較大的粒子之間的空隙中移動，同時仍將粒子結合在一起成為一種新材料。使用大的和小的納米顆粒，其中較小的顆粒像金屬原子晶體中的電子一樣移動，是構建複雜膠體晶體結構的一種全新的方法。

APS的12-ID光束線的照片，這項研究的X射線研究就是在這裡進行的。

通過調整這個DNA，科學家們改變了小電子當量粒子的參數，從而改變了所產生的晶體。這種方法為三種新的、以前從未合成過的晶體相奠定了基礎，其中一種晶體相沒有已知的自然等價物。

該團隊利用APS的超亮X射線束來確認他們晶體的新結構。他們利用光束線5-ID和12-ID的高分辨率小角度X射線散射儀器，為他們所創造的粒子的排列創造了精確的圖片。

APS目前正在進行大規模的升級，Lee指出這將使科學家在未來能夠確定更複雜的結構。12-ID的儀器也正在進行升級。