精確控制每一個納米粒子形狀、大小和元素組成？

納米技術的主要挑戰之一是精確控制每一個納米顆粒的形狀、大小和元素組成。物理方法能夠產生不受表面汙染的均勻納米粒子。然而，它們提供了有限的機會來控制納米對象的形狀和具體組成時。赫爾辛基大學(University of Helsinki)和衝繩理工學院(Okinawa Institute of Science and Technology, OIST)研究生院進行的一項合作顯示，混合金/鐵納米顆粒可以通過單步製造的方法在空前複雜的結構中生長。

赫爾辛基大學Flyura Djurabekova教授和OIST的Sowwan教授使用計算模型框架，通過一個詳細的多級模型成功地解釋了生長機制。結合動力學和熱力學效應的考慮，解釋了嵌入金層的形成和特定表面的金裝飾。這些結果為設計大量的混合納米粒子，使其具有廣泛的應用前景開辟了可能。其研究發表在排名很高的開放獲取期刊《高級科學》(Advanced Science)上。當大自然以一種意想不到的美麗圖案給我們帶來驚喜時，我們必須認識它並加以解釋。

這是一種與自然合作的方式，隨時準備著教導，期待著我們去學習。如今，科學家們能夠使用高性能的計算軟體和現代超級計算基礎設施來精確地研究納米尺度的現象。這些不僅對推進基礎科學，而且對為人類面臨的許多挑戰找到有希望的解決辦法，都是極大的支持。納米技術面臨的一個關鍵挑戰是，如何合理設計出性能優於基本材料的多組分材料。與此同時，考慮到這種混合納米結構的材料組成和製備過程，鑒於關鍵金屬的可用性和可持續性有限，人們應該支持使用無毒、豐富的元素。

簇束沉積提供了一種無溶劑的物理合成方法，從而實現了具有定製特性的納米材料。本研究基於磁控管濺射惰性氣體冷凝的單步納米顆粒製備方法，該方法依賴於金原子對預凝聚鐵納米管的比表面進行選擇性潤濕。利用新開發的Fe-Au原子間勢，將生長機理分解為分子動力學模擬框架下的多級模型。通過實驗或計算得到的結構與通過全局優化技術確定熱力學有利構型之間的差異，強調了生長動力學的重要性，研究為工程複合納米合金的目標應用提供了一個路線圖。