近期，南京大學(xué)陸輕銥教授&高峰教授課題組與中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場中心、中國科大合作，依托穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置(SHMFF)，發(fā)現(xiàn)一種晶體結(jié)構(gòu)中微妙的競爭和協(xié)作關(guān)系，在螺旋和解旋產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)之間建立了微妙的能量平衡，首次實現(xiàn)了納米線與納米螺旋之間的多重可逆變化(圖1)。研究成果在線發(fā)表在Nature Communications上。
 

　　納米螺旋的可逆變化是自然界、生命過程中最精致和最重要的現(xiàn)象之一。然而，納米材料扭轉(zhuǎn)形成螺旋晶體通常比較困難。目前已報道的納米螺旋生成的驅(qū)動力通常是不可逆的，其反向過程(解旋)難以實現(xiàn)，納米螺旋經(jīng)解旋后再重新螺旋則更加困難。因此，化學(xué)反應(yīng)的兩個穩(wěn)定晶態(tài)產(chǎn)物之間的多重可逆扭轉(zhuǎn)變化是超低概率事件，需要在它們之間建立非常微妙的能量平衡。長期以來，這種納米螺旋的可逆變化一直被認為難以獲得。
 

　　本項研究中，電子順磁共振(ESR,包括高場ESR)(圖2)證明納米螺旋中Co(II)配位環(huán)境的變化以及對稱性的降低。固體核磁共振譜和太赫茲譜表明π-π相互作用是螺旋生長中的關(guān)鍵作用力。研究人員結(jié)合理論計算和各種驗證實驗，推測出螺旋機制來源于縮合反應(yīng)和π-π堆積過程之間的競爭作用(圖3)，這種獨特的競爭生長機制以及生長方式的微觀可調(diào)性，是構(gòu)建細致可調(diào)的能量平衡體系、實現(xiàn)螺旋可逆變化的關(guān)鍵。針對性地設(shè)計改變分子間作用力，精細調(diào)控不同方向生長速度，使整體結(jié)構(gòu)保持不變，能量平衡方向定向改變，成功實現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)的螺旋、解旋和再螺旋。
 

　　本研究提出了一種晶體可逆變化設(shè)計的新概念，這種基于調(diào)控分子間相互作用促成晶體多重可逆轉(zhuǎn)化的精細調(diào)變技術(shù)，為晶體學(xué)帶來一個全新視角，豐富了晶體學(xué)理論，使多重復(fù)雜可逆過程的實現(xiàn)成為可能。
 

　　南京大學(xué)博士研究生杜薇為文章的第一作者，南京大學(xué)陸輕銥教授和高峰教授、中國科學(xué)院強磁場中心陸輕鈾研究員和王俊峰研究員、中國科大江俊教授為共同通訊作者，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等的經(jīng)費資助。