科学家们已经设计出一种制造复杂结构的方法，这种结构以前只在自然界中发现过，从而开辟了操纵和控制光的新方法。

根据伯明翰大学研究人员的一项新研究，这种结构自然存在于某些蝴蝶的翼鳞中，可以起到光子晶体的作用。它可用于控制可见光谱范围内的光，适用于激光器、传感器以及收集太阳能的设备。

他们发表在AdvancedMaterials上的计算研究表明，复杂的螺旋体结构可以由数百纳米范围内的设计胶体粒子自组装。

陀螺仪通常被称为曲面，它将空间分成两个交织的通道。这些通道中的每一个都可以有一个连接顶点的网络表示，具有三重连接和在特定方向(向右或向左)穿过空间的开瓶器。这种扭曲使每个网络都具有手性——镜像不能像左右手一样相互叠加。这一点很重要，因为手性赋予光子晶体额外的光学特性。

然而，当两个反手性网络以双螺旋结构的形式在一起时，手性就会丢失。这发生在某些合成系统中。

在这项工作中，研究人员团队首先展示了一个由胶体球体构建的单一网络陀螺仪结构作为自组装的目标——大自然构建架构的方式——然后在计算机模拟中建立了制造这种手性晶体结构的设计原则。

物理与天文学学院的合著者AngelaDemetriadou博士说：“这是一种令人兴奋的新方法，可以制造具有特殊和定制的手性光学特性的纳米光子介质，并且可以极大地控制它们的特性。”

到目前为止，对自组装胶体光子晶体的关注主要集中在金刚石结构上。胶体金刚石的自组装提出了许多挑战，包括在光学器件中作为光子晶体的实际应用中，需要选择立方体而不是六方体。

在这项工作中建立的新方法涉及斑块球体，它有一个设计师装饰的表面来编码目标结构的信息——单个胶体陀螺仪。表面的装饰部分是粘性的，可以将颗粒聚集在一起形成网络结构。此外，该工作还表明，单个胶体陀螺由于其手性而具有金刚石结构所缺乏的耐人寻味的光学特性。

伯明翰大学化学学院的通讯作者DwaipayanChakrabarti博士说：“据我们所知，这是从设计积木中直接自组装单个胶体螺旋体结构的第一份报告。我们希望我们的新方法能够激发胶体自组装领域的进一步研究，尤其是在这一令人兴奋的发展基础上进行的实验性努力。”

纽约大学教授斯特凡诺·萨卡纳(StefanoSacanna)也对此感到兴奋，他在胶体合成和新材料自组装方面拥有世界领先的专业知识，但并未参与本研究。他说，“通过他们的工作，Chakrabarti和他的同事们将一个令人兴奋的新目标带到了胶体自组装社区的关注中。仅使用具有巧妙补丁设计的球体，他们自下而上的胶体螺旋结构路径为新一代实验上可实现的光子晶体的方法。”