理大高等研究院傑出學人講座：華南理工大學程正迪教授主講「巨型分子中軟合金的超晶格工程」

在新材料的開發過程中（即材料基因組方法），逆向設計與逆向思維是至關重要的步驟。當我們在設計具有特定功能特性的材料時，通常會從具備明確分子功能與精確化學結構的獨立構築單元（即「介觀原子」，mesoatoms）著手。透過「分子樂高（Molecular Lego）」方法，在某些情況下，我們能經由多步程序將基本的介觀原子組裝成特定的二級結構（或堆積模式），進而建構出具備拓撲主導之階層結構與目標功能的材料。

在本次講座中，為了將介觀原子與介觀尺度超晶格建立關聯，採用合理的工程策略對於產生具備湧現特性（emergent properties）的設計週期性變得至關重要。然而，對於基於分子的超晶格而言，非剛性的分子特徵以及多步自組裝過程，使得分子到超晶格之間的關聯性不再那麼直接。此外，單組分系統的自組裝球狀介觀原子，在本質上存在體積不對稱性的限制，這進一步阻礙了新型超晶格的出現。我們的研究證明，經過適當設計的分子系統能夠產生一系列非常規的超晶格。我們系統性地探討了一元與二元系統中的晶格形成原理，揭示了分子化學計量比、拓撲結構以及尺寸差異如何影響介觀原子，並進一步影響其超晶格結構。這些新型超晶格的出現，有助於將其與先前在軟物質中發現的Frank-Kasper相，以及新近發現的十次對稱準晶（decagonal quasicrystals）建立關聯。

本研究已進一步延伸至巨型分子（giant molecules）中的軟合金領域。這些超晶格結構不僅模擬了複雜的金屬合金，更探索了超越傳統金屬合金的新型結構。我們期許目前的工作能提供深刻的見解，闡明如何透過可規模化的製備方式，以及處於塊體狀態（bulk states）下易於加工的材料，來合理地製造出複雜的超晶格；同時，期望能為超材料（metamaterials）的建構，以及透過精密化學、精密物理與精密工程之途徑來操控軟物質的聲子、光、電、磁等特性的相關應用，提供堅實的理論指導。