Structural transitions in sheared electrically stabilized colloidal crystals
本文提出了电稳定胶体晶体在剪切作用下结构转变的朗道理论。该模型表明，从有序的层状胶体晶体到无序结构的结构转变发生在临界剪切应力。剪切诱导的结构转变与微观结构的变化引起的流变性能的变化有关，这可以通过散射实验来验证。该理论用于建立流动曲线的形状。与实验结果定性一致，同时建立了类似于弹性标度的标度关系。
2013-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Shape-controlled growth of two-dimensional kagome-lattice colloidal crystals through nanoparticle capping
本文提出利用 DNA 修饰纳米球作为封端剂选择性结合 kagome 晶面空位，抑制 (111) 面生长，从而将金双锥体胶体晶体从三维截角四面体调控为二维层状微板，实现形状与结构异质性控制。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Tailoring of phononic band structures in colloidal crystals
本文报道了二维胶体晶体在光致基底势作用下的弹性性质的实验研究。与最近的理论预测一致[H. H. vonGruenberg和J.Baumgartl，Phys.Rev.E75，051406（2007）]，这种系统的声子能带结构可以根据衬底势的对称性和深度来调谐。二元晶体的计算表明，声子带工程也可以通过对电位的变化进行，从而打开了新的视角，为制造声子晶体的带隙可调的外部领域。
2007-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Pinning Dislocations in Colloidal Crystals with Active Particles that Seek Stacking Faults
有越来越多的兴趣，功能，自适应装置建立从胶体亚单位微米大小或更小。具有动态机械性能的胶体材料可以促进这种微型机器人。在这里，我们通过计算机模拟研究如何使用少量活性间隙粒子来改变胶体晶体的整体机械性能。已知惰性间隙粒子钉扎金属中的位错，从而增加对塑性形变的抵抗力。我们通过采用各向异性的活动材料来扩展这种策略，这些材料具有超扩散性，并与部分位错相关的堆垛层错强烈结合。我们发现：1）在降低塑性方面有效的材料在与堆垛层错的强结合和晶体本体中的高迁移率之间折衷。2)晶体中活性物质的重新取向依赖于高对称性晶体方向之间的旋转跃迁。3)以低至每百万个主体颗粒的$60$（$0.006\%$）的浓度添加某些活性间隙形状可以产生位错迁移的剪切阈值。
2019-12-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Low energy modes and Debye behaviour in a colloidal crystal
利用共聚焦显微镜研究了三维胶体晶体的振动光谱和低能模式。这是在通过三维晶体的二维切割中完成的。我们发现，所观察到的态密度是不兼容的标准德拜形式在二维或三维。数值模拟证实了这些结果。我们表明，一个有效的理论的投影模式到二维切割描述了实验和模拟数据在一个令人满意的方式。
2011-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Removing grain boundaries from three-dimensional colloidal crystals using active dopants
利用计算机模拟，我们探讨了如何晶界可以从三维胶体晶体中去除掺杂一小部分的活性胶体。我们表明，足够的自我推进，该系统被驱动到一个晶体流体共存。在这种相分离状态下，活性掺杂剂变得可移动并自发地聚集在晶界处。由此产生的表面熔化和畴的再结晶导致晶界随时间的运动，并导致形成大的单晶。然而，当自推进力太低而导致相分离时，我们没有观察到晶粒生长的显著增强。
2016-03-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fabricating large two-dimensional single colloidal crystals by doping with active particles
使用模拟，我们探索的行为与活性粒子掺杂的二维胶体（多）晶体。我们表明，这些活性掺杂剂可以提供一个优雅的新途径，以消除多晶体中的晶界。具体而言，我们表明，活性掺杂剂都产生和被吸引到缺陷，如空位和杂质，这导致掺杂剂在晶界的集群。活性颗粒既加宽又增强了晶界的流动性，导致晶域的快速粗化。剩余的缺陷在关闭掺杂剂的活性时重结晶，从而导致大规模的单畴晶体。
2016-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Phase ordering, transformation, and grain growth of two-dimensional binary colloidal crystals: A phase field crystal modeling
通过一个具有亚晶格有序性的相场晶体模型，研究了多种二元二维有序结构和超晶格的形成和动力学。各种类型的二元有序相，相图，和晶粒生长动力学和结构转变过程，包括拓扑缺陷的出现，进行检查。结果进行了比较，两个组件的胶体系统的订购和组装。确定了两个因素控制的二元相序，两个子晶格的长度尺度之间的耦合和竞争和两个组件的平均粒子密度的选择。这两个因素的控制和变化导致各种复杂的二进制有序模式的预测，与不同类型的子格排序的整数与非整数比例的子格长度尺度。这些发现将使进一步系统地研究复杂的有序和组装过程的二元系统，特别是二元胶体晶体。
2019-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Enlargement of Grains of Silica Colloidal Crystals by Centrifugation in an Inverted-Triangle Internal-Shaped Container
我们成功地通过离心法在倒三角形内形容器（倒三角形容器）中制备了大颗粒二氧化硅胶体晶体。容器中的最大颗粒远大于具有平底和恒定宽度的容器（平底容器）中的最大颗粒。倒三角形容器的边缘底部消除了颗粒的数量，然后容器的加宽形状有效地加宽了颗粒。
2013-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Order induces toughness in anisotropic colloidal crystal composites
本研究构建宏观二氧化硅棒各向异性胶体晶体复合材料，证明矿物相有序排列结合韧性界面可实现高矿含量、10%塑性应变与毫米级损伤离域，突破韧性—矿物含量权衡。
2024-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Ultrasonic beam propagation in periodic structures: verifying the existence of sonic crystals in triangular structures
当波通过具有散射体的介质传播并且这些元素周期性地定位时，如在晶体结构中，多次散射导致称为带状结构的现象。这意味着波可以根据色散规则在特定频率范围内传播，而在其他频率范围内传播被抵消。第一个被称为允许的乐队和最后的聋人乐队。本工作是为了验证不同直径（8和16mm）的圆柱（空心和实心）组成的三角形结构在超声频率区是否存在禁带。结果表明，三角形结构具有选择性的衰减区，获得的结果类似于理论预测的两个主要对称方向（0和30）。
2013-05-17 cond-mat.soft
Ordered droplet structures at the liquid crystal surface and elastic-capillary colloidal interactions
我们展示了各种有序的图案，包括六方结构和链，形成的胶体颗粒（液滴）在自由表面的一个双液晶（LC）。与完全在LC块体中的颗粒相比，表面放置引入了新型的颗粒相互作用。也就是说，由颗粒引起的指向矢变形导致界面变形，从而导致毛细吸引。弹性-毛细管耦合足够强，即使在微米尺度下，当其浮力-毛细管对应物变得无关紧要时，也能保持相关性。
2004-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Highly cooperative stress relaxation in two-dimensional soft colloidal crystals
晶体中的应力松弛是由缺陷的形成和扩散介导的。虽然已经很好地确定了外部产生的应力如何通过晶格中位错的增殖和运动来松弛，但晶体如何应对内应力仍然相对未知。我们通过实验和模拟研究了二维软胶体晶体中高度局部化的应力如何松弛。当单个粒子被主动激发时，通过光学镊子，产生了丰富多样的高度集体应力松弛机制。这些表现在开放的字符串的形式合作移动粒子通过运动的解离空位-间隙对，和封闭的循环的移动粒子，这要么是由于合作旋转在瞬态产生的圆形晶界或通过关闭一个开放的字符串的空位-间隙对的湮灭。令人惊讶的是，我们发现同样的集体事件发生在仅由热波动激发的晶体中;晶格内的大的热搅动可以触发数百个粒子的不可逆位移。我们的研究结果说明了如何局部应力可以诱导大规模的合作动力学在二维软胶体晶体和新的光在超软晶体的稳定机制。
2014-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
We investigate the elastic and yielding properties of two dimensional defect-free mono-crystals made of highly monodisperse droplets. Crystals are compressed between two parallel boundaries of which one acts as a force sensor. As the available space between boundaries is reduced, the crystal goes through successive row-reduction transitions. For small compression forces, the crystal responds elastically until a critical force is reached and the assembly fractures in a single catastrophic global event. Correspondingly there is a peak in the force measurement associated with each row-reduction. …
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Relating Microstructure and Particle-level Stress in Colloidal Crystals Under Increased Confinement
晶体材料的机械性能可以在约束条件下得到显著改变。这种改变的宏观性能通常由改变的微观结构和内部应力场控制。在这里，我们使用一个平行板的几何形状，应用准静态挤压流粉碎胶体多晶，同时用共聚焦显微镜成像。共聚焦图像用于量化局部结构顺序，并结合局部结构各向异性应力评估（SALSA），确定单颗粒尺度下的应力。我们发现，在压缩过程中，结晶区打破成不同的几何包装的小域。这些领域的特点是高度本地化的压力和偏应力的相关长度的一半，在散装。此外，平均偏应力几乎加倍，表明在高度受限的样品中具有更高的脆性。
2016-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Chiral liquid crystal colloids
胶体粒子扰乱液晶的棒状分子的排列，引起使扭曲区域的自由能最小化的长程相互作用。已知颗粒形状和拓扑结构引导这种自组装过程。然而，胶体包裹体的手性如何影响这些长程相互作用尚不清楚。本文利用激光光镊、粒子跟踪和光学成像技术研究了手性弹簧和螺旋引起的畸变对双折射液晶中胶体自组织的影响。研究表明，胶体粒子的手性与胶体粒子的非对称弹性相互作用，可以改变胶体粒子的手性或外消旋超结构。这些研究结果是一致的数值模拟的基础上最小化的朗道-德热内自由能。我们的研究揭示了手性在定义液晶胶体的介观有序中的作用，这表明该功能可能是一个潜在的工具，以调节这些系统的全球定向自组织。
2017-12-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structure, dynamics and phase transitions in electric field assembled colloidal crystals and glasses
本文系统研究了交流电场下粒子尺寸、zeta电位、电压和频率对胶体粒子组装成晶体或玻璃结构的影响，揭示了非平衡体系中的扩散与主动运动机制以及频率驱动的无序-有序-无序相变，为微机器人和智能材料设计提供了依据。
2024-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Nanostrucure of Hybrid Plasmonic-Potonic Crystal Formed on Gel-Immobilized Colloidal Crystal Observer by AFM after Drying
为了制备杂化等离子体-光子晶体，将由聚苯乙烯胶体悬浮液和基于N-（羟甲基）丙烯酰胺的凝胶制成的凝胶固定胶体晶体浸入金纳米颗粒的水性分散体中。用原子力显微镜（AFM）观察了凝胶固定的胶体晶体表面沉积的金纳米粒子。在本研究中，胶体球的直径为c.a. 190 nm。金纳米颗粒的直径与初步研究中相同，c.a. 40 nm。测试了长达两小时的各种浸泡时间。对浸泡2小时的试样表面进行了观察。在AFM观察之前，将样品在干燥器中干燥18小时。我们已经确定了面心立方{111}结构的胶体晶体的近紧密堆积。在凝胶固定的晶体表面观察到相互隔离的纳米粒子，从其大小可以认为是金纳米粒子。
2015-12-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Spontaneous Liquid Crystal and Ferromagnetic Ordering of Colloidal Magnetic Nanoplates
铁磁流体是铁磁纳米颗粒在水或有机溶剂中的胶体悬浮液。分散的颗粒是随机取向的，但如果施加磁场，它们的磁矩会对齐，从而产生各种奇异的和有用的磁机械效应。长期以来的兴趣和挑战是使这种悬浮液宏观上是铁磁性的，即在没有场的情况下具有均匀的磁对准。在这里，我们报告了一个流体悬浮液的磁性纳米片，自发地排列成一个平衡的液晶液晶相，也是宏观铁磁性。它的零场磁化产生独特的磁自相互作用效应，包括排列在闭合通量环中的流体块域的液晶纹理，并使该相位高度敏感，即使在地球的磁场中也会急剧改变形状。
2016-02-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Colloidal rods immersed in a thermotropic liquid-crystalline solvent are at the basis of so-called hybrid liquid crystals which are characterized by tunable nematic fluidity with symmetries ranging from conventional uniaxial nematic or anti-nematic to orthorhombic [Mundoor et al., Science 360, 768 (2018)]. We provide a theoretical analysis of the elastic moduli of such systems by considering interactions between the individual rods with the embedding solvent through surface-anchoring forces, as well as steric and electrostatic interactions between the rods themselves. For uniaxial systems the …
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Video Microscopy of Colloidal Suspensions and Colloidal Crystals
本研究介绍视频显微技术在胶体悬浮液相变研究中的应用，涵盖结晶、玻璃态等方向的新进展，以及单颗粒相互作用测量技术，为新材料设计与工业应用提供支撑。
2002-04-23 cond-mat.soft
Shape-dependent oriented trapping and scaffolding of plasmonic nanoparticles by topological defects for self-assembly of colloidal dimers in liquid crystals
我们展示了支架的等离子体纳米粒子的拓扑缺陷诱导的胶体微球，以匹配其表面边界条件与均匀的远场排列在液晶主机。取代能量昂贵的液晶区域的减少的顺序，各向异性纳米颗粒具有凹或凸的形状不仅稳定地定位在缺陷，而且相对于微球表面自取向。使用激光镊子，我们操纵随之而来的纳米粒子-微球胶体二聚体，探测弹性结合的强度，并展示自组装的层次胶体超结构，如链和阵列。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Colloidal crystal growth at externally imposed nucleation clusters
我们研究的条件下，以及如何施加的固定的胶体颗粒在规定的位置集群触发晶体成核从亚稳胶体流体。采用动态密度泛函理论的冻结和布朗动力学方法模拟了具有偶极相互作用的二维胶体体系。外部施加的成核簇涉及菱形晶格上的胶体颗粒或沿着由间隙隔开的两个线性阵列。晶体生长发生在成核簇的峰首先松弛到稳定块状晶体的切口之后。
2008-02-15 cond-mat.soft
Collective diffusion of a colloidal particles in a liquid crystal
提出了胶体粒子在液晶中的集体扩散效应。本文描述了液晶中胶体粒子集体扩散的特性，并通过实验观察到这种特性。扩散系数与温度和颗粒浓度的关系是决定性的。在系统中，胶体粒子是由弹性指向矢场的弹性畸变和粒子间的相互作用产生的。这些相互作用会导致非平凡的集体行为，从而导致非单调依赖的集体扩散。预测了胶体粒子在液晶中的非平凡集体扩散行为。
2017-12-22 cond-mat.soft
Colloidal Particles at Chiral Liquid Crystal Interfaces
在两种流体之间的界面处捕获的胶体颗粒可以形成各种不同的结构。用液晶代替其中一种流体增加了相互作用的复杂性，并导致更大范围的可能结构。当胶体粒子与液晶相中的缺陷相互作用时，新的行为出现了。在这里，我们讨论的胶体在各向同性界面的模板。
2014-03-19 cond-mat.soft
Derivation of the phase field crystal model for colloidal solidification
相场晶体模型目前被广泛用于预测晶体的成核和生长。对于具有完全过阻尼单个颗粒运动的胶体凝固，我们证明了相场晶体动力学可以通过动态密度泛函理论从微观Smoluchowski方程推导出来。不同的基本近似进行了讨论。特别是，相场晶体模型的一个变种，提出了涉及比标准相场晶体模型更少的近似。最后我们用动态密度泛函理论检验了这些相场晶体模型的有效性。特别是，从过冷熔体的线性晶体前的速度进行比较作为一个功能的过冷度的二维胶体悬浮液的平行偶极子。只有通过在相场晶体模型中对自由能进行剧烈缩放才能获得良好的一致性，以便与体凝固转变点相匹配。
2009-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Elastic octopoles and colloidal structures in nematic liquid crystals
我们提出了一个简单的理论模型，解释了偶极二维和三维胶体结构的形成在液晶。胶体粒子被视为有效的硬球，通过其弹性偶极子，四极矩和八极矩相互作用。结果表明，八极矩在二维和三维胶体晶体的形成过程中起着重要的作用。我们将这一假设推广到外加电场的情况，并从理论上解释了最近在三维晶体中观察到的巨电致伸缩效应[A. Nych等人，Nature Communications \textbf{4}，1489（2013）]。
2013-05-14 cond-mat.soft
Relevance of Packing to Colloidal Self-Assembly
自20世纪20年代以来，填充参数已被用于合理化从原子混合物到胶体晶体的系统中的晶体结构。包装参数最近被应用于复杂的纳米颗粒结构，在那里他们经常，但并不总是，工作。我们检查时，如果有的话，包装是一个因果机制，在硬颗粒近似的胶体晶体。我们研究了三种晶体结构，包括它们的理想堆积形状。我们表明，与预期相反，订购机制不能包装，即使当的自组装结构是相同的denumbered包装。我们还表明，最好的颗粒形状的硬颗粒胶体晶体在无限的压力极限是不完美的版本的理想包装形状。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The ground state and the character of the interaction between a colloidal particles in a liquid crystals
本文提出了测定不同液晶中胶体粒子间相互作用性质的一般方法。这种方法的主要思想是把胶体粒子看作指向矢场的基态可能变形的来源。液晶的基态限制了可能的变形，从而决定了胶体粒子之间相互作用的性质。在此基础上，预测了胆甾相液晶中偶极粒子间的类库仑相互作用以及近晶液晶中这种相互作用性质的变化。
2013-11-08 cond-mat.soft
Novel Colloidal Crystalline States on Two Dimensional Periodic Substrates
我们表明，使用数值模拟，丰富多样的新颖的胶体晶体状态实现正方形和三角形的二维周期性基板，可以实验创建使用交叉激光阵列。当有更多的胶体比潜在的基板最小值，多个胶体被困在每个基板最小值，并作为一个单一的粒子与旋转自由度，从而产生一种新的类型的取向秩序。我们称这些状态为胶体分子晶体。也可以发生两步熔融，其中单个胶体分子最初旋转，破坏整体取向顺序，然后开始孔间胶体跳跃。
2002-01-15 cond-mat.soft
Control of physical behaviors of nematic colloids and colloidal crystals has been demonstrated by tuning particle shape, topology, chirality and surface charging. However, the capability of altering physical behaviors of such soft matter systems by changing particle shape and the ensuing responses to external stimuli has remained elusive. We fabricated genus-one nematic elastomeric colloidal ring-shaped particles and various microstructures using two-photon photopolymerization. Nematic ordering within both the nano-printed particle and the surrounding medium leads to anisotropic responses and …
2021-01-10 cond-mat.soft
Assembly and Phase Transitions within Colloidal Crystals
微米级的胶体颗粒可以被看作是具有可剪裁的尺寸、形状和相互作用的大原子。这些构建块可以组装成极其丰富的结构和相，其中颗粒的热运动可以使用光学显微镜直接成像和跟踪。因此，胶体粒子是研究相变的极好模型系统，特别是对于知之甚少的动力学和非平衡微尺度过程。胶体制造、组装和计算机模拟的进步为此类研究开辟了许多可能性。本文综述了由可调各向同性球、各向异性粒子和活性粒子组成的胶体晶体的研究进展。我们专注于结晶，熔化和固体固体转变的进展，并强调胶体晶体内相变研究的挑战和未来前景。
2017-11-09 cond-mat.soft
Frustration and Melting of Colloidal Molecular Crystals
利用数值模拟，我们表明，各种新的胶体晶体状态和多步熔化现象发生在正方形和三角形的二维周期性衬底。在半整数填充时，可以实现不同类型的阻挫效应。一个两步熔融过渡可以发生，其中个别胶体分子最初旋转，破坏整体的取向顺序，其次是发病的井间胶体跳跃，在最近的实验，在良好的协议。
2002-10-14 cond-mat.soft
Triclinic nematic colloidal crystals from competing elastic and electrostatic interactions
纳米粒子的自组装可以使复合材料具有预先设计的性能，但仍然面临着复制原子和分子晶体结构多样性的挑战。我们结合各向异性的弹性和弱屏蔽静电相互作用，以指导定向和三斜的位置自排序的无机纳米晶体在一个可调流体主机。这些低对称性胶体晶体的晶格周期性比纳米颗粒尺寸大一个数量级以上。取向的纳米晶体，以及随后的三斜晶系胶体晶体的晶轴，耦合到的均匀排列的方向，这可以很容易地控制在大规模上的晶体主体。我们探测胶体对和多体相互作用，并演示了如何从竞争的长程弹性和静电力的半导体纳米棒的取向有序的三斜晶体出现。
2016-12-08 cond-mat.soft
We demonstrate that nature has produced a close-packed helical twisted filamentous material in the biomineralization of the mollusc. In liquid crystals, twist-bend nematics have been predicted and observed. We present and analyse evidence that the helical biomineral microstructure of mollusc shells may be formed from such a liquid-crystal precursor.
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.bio-ph
Unravelling structural rearrangement of polymer colloidal crystals under dry sintering conditions
用X射线原位掠入射散射研究了聚苯乙烯胶体晶体在干烧条件下的结构重排。测量的衍射图案进行了分析，使用扭曲波玻恩近似（DWBA）理论和结构参数的生长胶体晶体的三种不同的颗粒大小的确定为在平面内和平面外的方向在一个膜。通过分析衍射峰位置、积分强度和宽度的温度演化，揭示了纳米尺度下晶畴结构重排的详细情况，包括热膨胀、颗粒形状转变和晶体非晶化。基于DWBA分析，我们证明了在干烧结过程中，晶体中胶体颗粒的形状从球形转变为多面体。我们的研究结果加深了对聚合物胶体晶体的热退火作为设计新纳米材料的有效途径的理解。
2018-07-03 cond-mat.soft
Seedless assembly of colloidal crystals by inverted micro-fluidic pumping
我们提出了一个简单的无籽方法组装毫米大小的单层单胶体晶体与所需的取向在预定的位置上的非结构化的带电基板。该方法利用固定在封闭样品池顶部的离子交换树脂（IEX）引起的底部玻璃基板上的毫米范围的流体流动。该流体流动随着样品池的高度减小和IEX的半径R增大而增大。对于单个反向泵浦，可以获得六方紧密堆积的毫米级单层单晶。对于两个紧密间隔的（D ~ 4 R）泵浦，所形成的晶体沿着连接两个IEX的线具有预定义的取向。通过将IEX图案化成不同的结构，形成不同复杂图案的胶体晶体。本方法为制备高质量的单层胶体晶体提供了一种方便的方法。
2018-03-08 cond-mat.soft
Predicting colloidal crystals from shapes via inverse design and machine learning
材料设计中的一个基本挑战是将构建块属性与晶体结构联系起来。解决这一挑战是特别困难的系统表现出紧急秩序，如熵稳定胶体晶体。我们将最近开发的逆向设计技术与机器学习相结合，构建了一个模型，该模型仅使用两个几何形状测量值就能将一万多个多面体形状的晶体正确分类为13种不同的结构，预测准确率为96%。通过三种测量方法，可以达到98%的准确率。我们测试我们的模型先前报道的胶体晶体结构的71对称多面体，并获得92%的准确度。我们的研究结果（1）表明，熵胶体晶体是由令人惊讶的几个参数控制，（2）提供了一个定量模型来预测这些晶体只从他们的建筑块的几何形状，（3）提出了一个预测范式，很容易推广到其他自组装材料。
2018-01-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Large FCC colloidal crystals under microgravity
本研究在国际空间站微重力环境下开展实验，发现硬球相图中地球玻璃态区域的亚稳态胶体液体可自组装形成大尺寸无缺陷FCC胶体晶体，为空间胶体器件尤其是光学元件制造提供了新路径。
2024-07-11 cond-mat.soft
Universal hydrodynamic mechanisms for crystallization in active colloidal suspensions
在活性胶体悬浮液中缺乏细致平衡允许耗散以确定静止状态。在这里，我们表明，缓慢的粘性流动产生的极性或非极性的活性胶体附近的平面壁介导有吸引力的水动力，驱动结晶。流体动力学介导的扭矩往往会使晶体不稳定，但稳定性可以通过临界量的底部沉重或手性活性来恢复。数值模拟表明，结晶是不成核的，在平衡，但之前由一个类似的失稳。谐波激发的活性晶体放松扩散，但正常模式是不同的平衡胶体晶体。这里提出的流体力学机制是普遍的，合理化最近的实验活性胶体的结晶。
2016-11-23 cond-mat.soft
Strain Fields in Repulsive Colloidal Crystals
局部线弹性应变场的概念通常用于冶金研究界，以近似晶体缺陷周围原子位移的集体效应。在这里，我们表明，弹性应变场近似是一个有用的工具，在胶体系统。对于具有排斥性粒子相互作用势的胶体晶体，给定类似的力学性质，更尖锐的势导致：1）由熵主导的变形自由能，2）应变场波动的方差更低，3）位错核心区域附近的拉伸-压缩不对称性增加，以及4）线弹性近似的适用性窗口更小。我们发现，熵胶体晶体的线性行为的窗口扩大的压力下，粒子间的分离充分超过陡峭的排斥相互作用的范围。
2018-02-20 cond-mat.soft
Crystallization and order-disorder transition of colloidal particles in a drying suspension: a phase field crystal approach
利用相场晶体模型，我们研究了一滴胶体悬浮液在溶剂蒸发过程中的结构和动力学。我们模拟一个实验系统，其中接触线钉扎的滴在基板上是不存在的。在这种精心控制的条件下，液滴的蒸发产生有序或无序排列的胶体残留物，这取决于溶质的初始平均密度和干燥速率。在密度-干燥速率平面上，我们得到了一个非平衡相界，显示了单组分和二元胶体颗粒混合物的非晶相和晶相。当单组分胶体在二维三角晶格中有序排列时，相互排斥颗粒的对称二元混合物在三个子晶格中有序排列，其中三角晶格的两个子晶格被两种颗粒占据，第三个子晶格空置。
2012-09-05 cond-mat.soft
Impurity-induced defects play a crucial role for the properties of crystals, but little is known about impurities with anisotropic shape. Here, we study how colloidal dumbbells distort and interact with a hexagonal crystal of charged colloidal spheres at a fluid interface. We find that subtle changes in the dumbbell length induce a transition from a local distortion to a particle-bound dislocation, and determine how the dumbbell moves inside the repulsive hexagonal lattice. Our results provide new routes towards controlling material properties through particle-bound dislocations.
2020-10-01 cond-mat.soft
DNA-coated colloids can self-assemble into an incredible diversity of crystal structures, but applications of this technology are limited by poor understanding and control over the dynamical crystallization pathways. To address this challenge, we use microfluidics to quantify the self-assembly dynamics of DNA-programmed colloidal crystals, from thermally-activated nucleation through reaction-limited and diffusion-limited phases of crystal growth. Our detailed measurements of the temperature and concentration dependence of the kinetics at all stages along the crystallization pathway provide a s…
2021-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Engineering Entropy for the Inverse Design of Colloidal Crystals from Hard Shapes
在整个物理科学中，熵作为一个关键但神秘的概念脱颖而出，在材料设计中，它往往退居能量之后。在这里，我们展示了如何精确地设计熵来实现所需的胶体晶体。我们证明了逆设计的硬颗粒，组装六个不同的目标胶体晶体，仅仅由于熵最大化。我们的方法有效地样本$10^8$颗粒形状从88和192维的设计空间，以发现最佳的形状。我们设计的粒子形状，自组装已知的晶体与优化的热力学稳定性，以及新的晶体结构，没有已知的原子或其他等价物。
2017-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fine-Tuning of Colloidal Polymer Crystals by Molecular Simulation
通过分子模拟绘制吸引性柔性聚合物链的相图，发现多种可通过吸引范围精细调控的晶体形态，并提出基于累积邻居的几何模型以预测结构转变。
2023-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Magnetically responsive gourd-shaped colloidal particles in cholesteric liquid crystals
粒子形状和介质手性是近年来用于控制液晶中各向异性胶体自组装和动力学的两个关键特征。在这里，我们研究的磁响应的圆形胶体颗粒分散在胆甾相液晶的周期性相当或小于颗粒的尺寸。使用磁操纵和光镊，这允许一个位置的胶体附近的限制壁，我们测量了这些粒子与限制表面的弹性排斥相互作用，并发现分离依赖的粒子-壁相互作用力是一个非单调的函数的分离，并显示振荡行为。我们发现，胆固醇类药物中的胆固醇状颗粒不是位于一个单一的沉降水平上，而是位于多个长寿命的亚稳态水平上，这些亚稳态水平之间的距离与胆固醇周期性相当。最后，我们展示了三维激光镊子辅助组装的胆甾型粒子的取向顺序和扭曲周期性的优势，潜在地允许在这些介质中的取向和位置有序的胶体组织的新形式。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Self-Assembled Chiral Photonic Crystals From Colloidal Helices Racemate
由微螺旋结构组成的手征晶体具有许多光学性质，但现有的制备工艺限制了其在光子器件中的大规模应用。在这里，通过使用一个简化的模拟方法，我们研究了一个自下而上的自组装路线建立螺旋晶体从近晶单层的胶体螺旋racket。随着密度的增加，系统经历了熵驱动的共结晶，形成具有不同螺旋形状的各种对称性的晶体。特别是，我们确定了两个晶体的螺旋排列在二元蜂窝和正方形晶格，这是基本上由两套相反的手征晶体。光子学计算表明，这些手征结构可以有大的完全光子带隙。此外，在自组装手性方形晶体中，我们还发现了双偏振带隙，选择性地禁止特定旋向的圆偏振光沿螺旋轴方向的传播。在我们提出的系统中的自组装过程是鲁棒的，这表明使用手性胶体组装光子超材料的可能性。
2018-06-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Pressure-Tunable Photonic Band Gaps in an Entropic Colloidal Crystal
采用金刚石结构的材料在原子和胶体系统中具有有用的特性，并且是在可能具有光子带隙的胶体中合成的流行目标。钻石结构的理想光子特性为可重构物质提供了一个有趣的机会：我们能否创造一种能够可逆地切换到钻石结构和从钻石结构切换的胶体晶体？从金刚石形成原子系统的高压转变中汲取灵感，我们设计了一个多面体形状的颗粒系统，该系统在小的压力变化时从金刚石转变为四金刚石衍生物。或者，可以通过原位改变颗粒的形状来触发转变。我们建议，过渡提供了一个可逆的重新配置过程的一个潜在的新的胶体材料，并绘制这种过渡和相行为的原子过渡，我们从中得到灵感之间的相似之处。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Harmonic lattice behavior of two-dimensional colloidal crystals
使用位置数据从视频显微镜和应用均分定理谐波哈密顿，我们确定的波矢量依赖正常模式弹性常数的二维胶体模型晶体和比较测量的能带结构的预测的谐波晶格理论。我们发现很好的协议的横向和纵向模式。对于$q\to 0$，测量的弹性常数与晶体的弹性模量一致。
2004-02-17 cond-mat.soft
Reentrant Disordering of Colloidal Molecular Crystals on 2D Periodic Substrates
我们研究胶体有序和无序的二维周期性基板上的每个基板的胶体的数量最小是两个或三个。胶体形成具有取向有序的二聚体或三聚体状态，称为胶体分子晶体。在一个固定的温度下，在没有基板的情况下，胶体是在一个三角形的浮动固体状态，在增加基板的强度，我们发现一个过渡到一个有序的胶体分子晶体状态，然后过渡到一个无序的状态，其中胶体仍然形成二聚体或三聚体，但失去了取向顺序。这些结果与最近的实验结果一致。
2004-04-23 cond-mat.soft
Geometry-guided colloidal interactions and self-tiling of elastic dipoles formed by truncated pyramid particles in liquid crystals
在凝聚态物质中实现模仿自然组织形式的胶体结构的进展本质上受到合适的胶体构建块的可用性的限制。为了使新形式的晶体和准晶体的胶体自组织，我们开发截断金字塔粒子，形成具有长程静电和几何形状引导的低对称短程相互作用的弹性偶极子。使用非线性光学成像，激光镊子，和视频显微镜的组合，我们表征胶体对相互作用，并展示了不寻常的形式，这些颗粒的自平铺成晶体，准晶，和其他阵列。我们的研究结果解释使用静电学类比随着液晶弹性和对称性破缺的考虑，潜在地扩展胶体的光子和电光应用。
2016-12-24 cond-mat.soft
Controlled interfacial assembly of 2D curved colloidal crystals and jammed shells
胶体粒子在流体界面上的组装是一种很有前途的技术，用于合成二维微晶材料，可用于生物医学1，材料科学2，矿物浮选3和食品加工4等领域。目前的方法依赖于本体乳化方法，需要进一步的化学和热处理，并且对于所采用的材料是限制性的5 -9。由于对组装过程缺乏了解，开发利用界面组装的巨大潜力来生产定制材料的方法受到阻碍。在这里，我们报告了一个微流体的方法，可以直接可视化和理解的动态胶体晶体生长的弯曲界面。晶体周期性地喷射出来，形成稳定的堵塞壳，我们称之为胶体盔甲。我们建议，界面晶体生长和组织的能量障碍，可以克服有针对性地通过流体动力学流动的胶体颗粒的交付。我们的方法允许对装甲成分、尺寸和稳定性进行前所未有的控制。
2006-01-11 cond-mat.soft
Glassy Dislocation Dynamics in 2-D Colloidal Dimer Crystals
虽然玻璃弛豫通常与无序，在这里，我们报告一种新类型的玻璃动力学有关的2-D晶体内的胶体二聚体的位错。以往的研究表明，二聚体晶体中的位错运动受到某些粒子取向的限制。在这里，我们拖动一个光学捕获粒子通过这样的二聚体晶体，产生位错。我们发现了一个两阶段的弛豫响应，最初的位错滑动，直到遇到粒子笼他们的运动。随后的弛豫通过第二个过程缓慢地发生，在第二个过程中，位错在笼状构型之间跳跃。最后，在模拟剪切二聚体晶体，位错均方位移显示典型的玻璃态动力学的笼子坪。总之，这些结果揭示了一种新的玻璃状系统内的胶体晶体。
2010-08-11 cond-mat.soft
