波音体育官方网站 极简主义! 复旦团队Nature发表“造物”新范式

如何用最“简单”的轨则

搭建出最“复杂”的微不雅结构？

这是材料科学范围的一个中枢挑战

复旦大学物理学系、

应用名义物理寰球重心实验室谭鹏阐述注解与协作家

于北京时辰2026年4月1日晚间

以“dual-symmetry-guidedassemblyofcomplexlattice”为题在《当然》（nature）酌量发表盘考效果

提倡一种全新的

“对偶对称性招引（dual-symmetry-guided，dsg）”野心范式

这一发现冲破了

“复杂材料拼装必须依赖复杂基元”的传统领路

为利用多种物理和化学时刻妙技

制备光子晶体、超导材料等

复杂对称性材料与器件

提供了新的想路

“正途至简”，

冲破晶格复杂结构传统领路

在凝合态物理与材料科学中，晶格结构一直是物理学家们的重心眷注对象。它不仅是物资微不雅结构的“骨架”，更是联结微不雅粒子成列与宏不雅物感性质的桥梁。晶格决定了材料的基人道质——相通由碳原子组成的物体，钻石之是以将强透明、石墨之是以优柔导电，根源就在于它们原子成列时势千差万别。

因此，盘考如何野心、调控并自愿造成具有特定对称性的复杂结构晶格，不仅是领悟物资世界底层轨则的要道，亦然开辟超导材料、光子晶体等前沿功能材料的基础。

然则，在微不雅物理系统中，通过从下到上的时势拼装复杂结构，恒久以来面对着一个中枢悖论：按照传统不雅念，要产生复杂的对称结构，必须野心出相配复杂的“定制结构”来彼此作用。比如，引入标的性化学键、野心高度各向异性的颗粒体式，或是平直使用与意见结构一致的物理模板。

这些想路不仅实验条款尖刻，况且易使系统堕入“卡壳”的泥沼，多数的粒子可能被困在罪恶的位置上，极难造成大面积、高质地的齐全晶格。因此，如何身手用最简单的彼此作用，搭建出最小巧的宏不雅结构，成为了凝合态物理和材料科学范围亟待突破的瓶颈。

面对这一挑战，盘考团队跳出了“用复杂彼此作用构筑复杂结构”的传统旅途，从数学与物理的深层几何对称性中领受灵感，提倡了一种“化繁为简”的“对偶对称性招引（dsg）”新范式。

这一新范式在结合光镊时刻的二维胶体实验和分子能源学模拟中均获得了考证。团队不仅得胜完了了9种复杂阿基米德晶格的自拼装，还将该法子践诺到了具有8、10、12重旋转对称性的二维非周期准晶结构中，阐述了dsg政策的有用性和普适性。

dsg政策以及在二维胶体实验和分子能源学模拟中的完了。图片展示了9种阿基米德晶格和三种准晶格，其结构由3，4，6，8，10，12旋转对称单位按特定次序拼装而成，发扬出复杂小巧的全局对称性和多圭表结构特点。

“咱们的效果为复杂晶格材料的制备提供了一种全新的野心想路。”论文共同第一作家、博士生孙雯想追念，乐动手机app “通过这一架构，盘考东谈主员不错更高效地野心衬底，从而招引意见结构的生成。这不仅裁减了复杂晶格结构的制备难度，也显赫提高了结构质地。因此，该法子在二维材料、胶体体系、原子分子体系等范围具有通俗的应用远景。”

利用对偶性质，

完了复杂晶格自拼装

这项突破性发现的背后，是团队长达六年的探索。初期，团队沿用传统的模版制备法子，但在现实操作中碰到了严重的弱势问题，好多粒子卡在罪恶的位置无法演化，导致最斥逐构不完整。

于是他们驱动尝试减少固定点的数目，并不雅察哪些点不错移除而不影响最斥逐构。“通过屡次实验，咱们从容发现，在许多复杂晶格中，存在一种内在的‘对偶性’，这些结构不错剖判为两组彼此对应的子结构，掌捏其中一组就足以收复举座。”谭鹏先容。

谭鹏

在几何学中，波音体育对偶性指的是两个点阵之间不错通过某种数学变换逐一双应，二者在结构上是等价的。团队发现，许多复杂晶格自然具有这种对偶结构。具体来说，一个复杂晶格不错永别为两组子点阵，这两组子点阵之间互为对偶，这意味着要是掌捏其中一组子点阵的结构信息，就不错通过数学变换推导出另一组，从而完整收复扫数这个词晶格。

图1：(a)建筑守密与材料中的复杂对称性晶格结构；(b)复杂晶格的对偶子晶格剖判泄露图；(c-d)基于声-光耦合光镊时刻的二维胶体实验系统；(e)基于“对偶对称性招引”自拼装范式构建的复杂胶体晶格。

更伏击的是，几何的对偶对称性平直反馈在了物感性质上，使由处于两个子晶格点位上的粒子组成的两个子系统具有相配相似的哈密顿量（hamiltonian）结构。他们发现，在拼装经由中，只是需要寥落地“打下几个要道地基”，锚定其中一个低对称性子晶格，剩余的解放颗粒就可在最简单的纯各向同性彼此作用下，自愿、精确填补到对应的互补子晶格位置，进而重构出宏不雅的复杂意见晶格。

“这让咱们从被迫的‘试错’，转向了主动的‘野心’。”孙雯想解释谈，“咱们不需要扫尾一起信息，只需精确‘招引’一半，另一半可通过系统能源学自愿完成。这大幅裁减了复杂结构自拼装的难度和资本。”

除了野心旨趣上的简化，dsg政策在能源学演化上也展现出无可比较的上风。dsg政策通过减少锚定点，微妙地为解放颗粒保留了彼此连通的“解放体积”。这些解放体积就像是系统里面的“高速公路”，使得颗粒概况进行高效的弱势弛豫。数值模拟阐述，即便在极强的锚定条款下，系统照旧保持了优异的能源学可及性，完了了晶格的自拼装与自我辅助。

多学科交叉协作，

拓展材料野心新领域

这项盘考被《当然》审稿东谈主评价为一项“优雅的责任”。其“优雅”之处，正在于用极简的物理旨趣，掌握了极复杂的结构生成，揭示了微不雅彼此作用简单性与宏不雅结构复杂性之间的深层干系。

“对偶对称性招引（dsg）”野心架构不依赖于特定的体系，具有较强的普适性和跨圭表践诺价值。不管是软物资胶体，如故纳米光子晶格，这套新范式齐能适用，以致可通过分层政策从二维平面践诺到三维结构。它让东谈主们不错借助物理、化学等多种时刻妙技，去制备功能丰富的复杂材料和器件，从而开辟了广大的野心空间和全新的航谈。

多学科交叉为团队“别具肺肠”提供了联翩而至的灵感。一方面，“对偶对称性”的提取与欺诈，骨子上是几何与图论在物理问题中的应用；另一方面，在盘收用，实验使用到的胶体体系、合成法子以及最终造成的复杂晶格与化学密切干系。这种越过物理、数学与化学的深度协作，为他们突破传统自拼装的局限注入了能源。

现在，团队正尝试欺诈ai，在扫数可能的材料衬底中自动筛选出最优结构，进一步培植野心效力。他们但愿将对偶对称性政策与能源学盘考相结合，探索其对无序复杂体系能源学看成的调控智商，将这一野心范式践诺至三维复杂晶格以超过他类型的准晶结构。

“敬佩跟着这一范式的践诺，它在复杂功能材料的可扫尾备中将阐明越来越伏击的作用。”团队期待，该效果的应用远景不局限于物理范围，而是为二维材料、胶体体系等范围开辟全新旅途。

谭鹏课题组合影

复旦大学物理学系、应用名义物理寰球重心实验室谭鹏阐述注解，东京大学hajimetanaka阐述注解与南京大学马余强院士为论文共同通信作家。复旦大学物理学系博士后方煌、博士毕业生李晓天、博士生孙雯想为论文的共同第一作家。复旦大学黄吉平阐述注解，博士生王承鑫、陈诺和本科毕业生甘依宁共同参与。本盘考责任获得了国度当然科学基金委员会、中国载东谈主航天工程、上海市教育委员会、上海市科学时刻委员会、江苏省当然科学基金委员会及日本学术振兴会的资助与支撑。

论文联贯：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10364-3

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殷梦昊

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