今天，你可以把一整台电脑放在口袋里，因为自20世纪50年代以来，科技积木变得越来越小。但为了创造更强大的手机、更高效的太阳能电池，甚至量子计算机等未来电子产品，科学家需要在最小的规模上开发出全新的技术。

一个有趣的领域是纳米晶体。这些微小的晶体可以组装成多种形状，但科学家们一直很难弄清楚如何让它们彼此对话。

一项新的研究在使纳米晶体以电子方式起作用方面取得了突破。这项研究发表在3月25日的《科学》杂志上，可能为未来具有新功能的设备打开大门。

“我们称这些为超级原子积木，因为它们可以提供新的能力，例如，让相机在红外范围内看到，但到目前为止，将它们组装成结构并让它们相互对话一直非常困难。现在，我们第一次不必做出选择，这是一个革命性的改进。”芝加哥大学的Dmitri Talapin教授，该论文的相应作者说。

在他们的论文中，科学家们制定了设计规则，允许创造许多不同类型的材料。

一个小问题

科学家们可以用许多不同的材料来生长纳米晶体：金属、半导体和磁铁将各自产生不同的特性。但问题是，每当他们试图将这些纳米晶体组装成阵列时，新的超晶体就会在周围长出长长的“毛发”。

这些毛发使得电子很难从一个纳米晶体跳到另一个，电子是电子通讯的信使，它们移动自如的能力是任何电子设备的关键部分。

研究人员需要一种方法来减少每个纳米晶体周围的毛发，这样他们就可以把它们更紧密地包在一起，减少它们之间的间隙。乌西卡戈大学欧内斯特·德维特·伯顿杰出服务化学和分子工程教授、阿贡国家实验室高级科学家塔拉平说：“当这些间隙仅缩小三分之一时，电子跃迁的概率就高出约十亿倍。它随距离的变化非常强烈。”

为了剃掉头发，他们试图了解原子水平上发生了什么。为此，他们需要阿贡纳米材料中心的强大X射线和SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源的帮助，以及强大的化学和物理模拟和模型。所有这些都让他们了解了地表发生了什么，并找到了利用其生产的关键。

超晶体生长过程的一部分是在溶液中完成的，也就是在液体中。结果表明，随着晶体的生长，它们经历了一种不同寻常的转变，其中气相、液相和固相都共存。通过精确控制该阶段的化学成分，他们可以制造出外部更硬、更薄的晶体，这些晶体可以更紧密地封装在一起。

目前尚不清楚该技术的全部应用范围，但科学家们可以想到该技术可以在多个领域发挥主导作用。例如，也许每个晶体都可以是量子计算机中的一个量子位；将量子位耦合到阵列中是目前量子技术的基本挑战之一。

Portner还对探索超晶体生长过程中出现的不寻常的中间状态感兴趣：像这样的三相共存非常罕见，因此思考如何利用这种化学特性并制造新材料非常有趣。

这项研究包括芝加哥大学、德累斯顿理工大学、西北大学、亚利桑那州国家大学、SLAC、劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学伯克利等的科学家。