人类总是渴望控制感。当这种欲求投射到物质，我们就会渴望控制它们的样子和状态。
纳米，一种长度单位，1纳米大约是头发直径的六万分之一，在这个级别控制物质的生长，听起来是一种控制欲的极致了。
前一阵子，一个中国的团队，成功实现了金纳米材料的复杂结构制备与超结构组装。简单来说，就是把大小为发丝直径万分之一的金粒子做成了特殊的形状，还能把它们拼凑起来，如同摆弄一套极小的乐高积木。
他们为什么要这样做，怎么做到的，做出来又有什么用？这篇发表在《Science Advances》（Sci. Adv. 2017，3，e1701183）文章试图回答下这三个问题。
Ø 为什么？
起初，纳米金受到重视，是因为人们发现这些微小的粒子能与生物蛋白结合，而且不影响生物活性。因为金元素很容易被检测到，于是，标记有金纳米颗粒的细胞、病毒或者其他生物大分子，如同一辆辆装了GPS的车，一举一动都在人们的监视之下。还有，癌细胞的检测和定向治疗，也会用到纳米金的这种性质。
后来，随着研究的展开，金纳米材料逐步展现了其他神奇的能力。表面等离子共振就是其中一项。简单来讲，当一束光打在纳米颗粒上，会返回一个光谱信号，就像是阳光照在镜子上，你可以看到反射。然而，因为金颗粒表面的等离子体会与特定波长的光形成共振。因此，当光打到纳米金上时，某些光波就会被吸收，在返回的光谱信号中将会出现一个缺口，如同六岁小孩的掉了颗门牙。通过对这个信号，能分析出颗粒的结构和周围的环境信息。因此，纳米金的这项能力可以用在高灵敏传感器中有着用武之地。
当然，要充分开发纳米金种种神奇能力，需要很精确地控制它的微观结构。事实上，人们在这方面也确实下了很多力气。
然而，这些球、棒、立方体之类的未免太过简单，不如来点厉害的。这就是北京大学团队的工作重点，他们做了一种具有极其复杂结构的金纳米材料——纳米箭头。
Ø 怎么做？
如同把大象装进冰箱，金纳米箭头的制备也分三步：（1）做出"种子"，（2）用"种子"长出单个纳米箭头颗粒，（3）将颗粒们组装在一起。
想要做出纳米箭头，需要纳米棒作为种子。如同掌勺的师傅，几时翻炒，放多少盐等等，都有固定的搭配，制备金的纳米棒有一套成熟的工艺。使用氯金酸作为原料，通过化学反应不断让金颗粒析出，就可以得到特定尺寸的纳米棒。
以纳米棒作为种子，接下来合成纳米箭头。将纳米棒浸泡在包含金离子的液体中，纳米棒两端和腰身有着不同的晶面，对金离子也有着不同的吸附能力，随着反应进行，渐渐的就长成了箭头的形状。想象成一个悬浮在母体中的胚胎，这长成了手臂，那出现了脚趾；也像是一个肠胃特别良好的人，于是身体的某些部位会轻易地囤积下脂肪。
单个的纳米颗粒的力量还不够大，需要把它们团结在一起，接下来就要把这些纳米箭头组装起来。说是组装，万万不能靠着人力一点点批凑，如果真想这般，无异于去算计那恒河沙数，自寻烦恼。
学者们采用的方式叫做"溶液挥发自组装"。将饱含有纳米箭头的溶液加热，把水分蒸干。这个过程中，失去了溶液的保护与平衡，在如此小的尺度上，纳米颗粒们彼此堆聚似乎是某种天生的追求。这都源于自然界的基本法则之一——降低自由能。颗粒们相互团结，不断寻求自由能的最小化，向着整体最稳定的方向聚集，如同南极漫漫冬夜中扎堆取暖的企鹅。
至于他们以何种的方式聚合，就看缘分了。 可以是箭头的某个面相互靠拢，也可以颗粒的腰身彼此连接。每种聚合都有不一样的功能与韵味。但是巧妙之处在于，通过这看似质朴甚至有些简陋的方法，所得到的组装体居然可以成为一种超晶体。所谓超晶体，就是物质在纳米层面有规律地层层叠起来，如同厚重的煎饼果子，一层鸡蛋，一层果子，一层鸡蛋，再一层果子，如此反复，富有规律。
Ø 有什么用？
当数量达到足够，事物就会发生质的转变，如同核裂变，数目超过临界，就会发生令人瞠目的爆裂。
当无数个纳米小颗粒组装在一起时，也会发生有趣的事情。
当这些颗粒聚集在一起时，它们的电子谐振由于电磁相互作用而耦合在一起，将大部分的电磁场能量局限在狭小纳米空间中。情况可以大体想象为小学生们的大课间，本来孩子们三五一群，各自游戏，每个人都张牙舞爪，忽然大喇叭放出"时代在召唤"，于是小朋友们赶紧排成横平竖直的队列，整齐划一地伸展操练。纳米颗粒本身自有一套电子振动的方式，各玩各的，然而当它们规则排列后，电磁作用如同广播体操的口令一样，让散漫的人群，变化出规整的力量。这种由结构周期变化而带来的能量起伏，在特定的电子器件中有着重大的应用。
规律总会带来一种特别的能力，物质放弃了自身的属性，而在集体中实现某种升华，在人类社会中我们管这叫做"集中力量办大事"。
到这里，这篇论文的故事就讲得差不多了。在但后面还留下了很大的研究空间。
电场、磁场、光学，这些物理性质在更深的层面上往往相互纠联，没可能仅仅电场改变，其他的属性却无动于衷。关于这些方面的研究，似乎留下了不小的悬念，仍然值得期待。
至于文章的标题，来自于下面这个gif，描述了纳米金颗粒的组装过程：
在这两个纳米金中，仿佛看到了爱情。
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：圆的方块
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