层状软介质中胶体粒子与缺陷的可重构相互作用及三维图案化

胶体系统在从光子晶体制造到直接探测原子晶体和玻璃中典型现象等诸多重要应用中发挥作用。新应用——如纳米天线、等离子体传感器和纳米电路——对实现具有可调粒间间距且可任意控制的稀疏胶体组装提出了挑战。我们展示了由胆甾相液晶中的缺陷介导的可重构多尺度相互作用和胶体组装，并通过激光操控和三维成像进行探测。我们发现，当胶体被钉扎在胆甾相油条纹（即一层或多层中断的线缺陷）末端时，会通过距离无关的弹性相互作用相互吸引。然而，位错和油条纹也可通过光学操控引入扭折，从而将其锁定到由弹性能量势垒稳定的所需构型，该势垒阻碍连接粒子的缺陷发生结构转变。在这些缺陷引起的弹性能量景观影响下，亚层尺寸的胶体自组装成模拟位错和油条纹核的结构。这些缺陷嵌入胶体的相互作用可通过光学引入位错扭折从吸引变为排斥。缺陷-粒子相互作用的可重构性允许通过操控胶体来实现缺陷的图案化，反之亦然，通过缺陷实现粒子的图案化，从而在从缺陷核尺寸到样品尺寸的范围内获得所需的胶体构型。这种缺陷-胶体雕刻可扩展到其他层状介质，为具有预设计性质的介观复合材料的光学引导自组装提供了手段。