理大高等研究院杰出学人讲座：华南理工大学程正迪教授主讲「巨型分子中软合金的超晶格工程」

在新材料的开发过程中（即材料基因组方法），逆向设计与逆向思维是至关重要的步骤。当我们在设计具有特定功能特性的材料时，通常会从具备明确分子功能与精确化学结构的独立构筑单元（即「介观原子」，mesoatoms）着手。透过「分子乐高（Molecular Lego）」方法，在某些情况下，我们能经由多步程序将基本的介观原子组装成特定的二级结构（或堆积模式），进而建构出具备拓扑主导之阶层结构与目标功能的材料。

在本次讲座中，为了将介观原子与介观尺度超晶格建立关联，采用合理的工程策略对于产生具备涌现特性（emergent properties）的设计周期性变得至关重要。然而，对于基于分子的超晶格而言，非刚性的分子特征以及多步自组装过程，使得分子到超晶格之间的关联性不再那么直接。此外，单组分系统的自组装球状介观原子，在本质上存在体积不对称性的限制，这进一步阻碍了新型超晶格的出现。我们的研究证明，经过适当设计的分子系统能够产生一系列非常规的超晶格。我们系统性地探讨了一元与二元系统中的晶格形成原理，揭示了分子化学计量比、拓扑结构以及尺寸差异如何影响介观原子，并进一步影响其超晶格结构。这些新型超晶格的出现，有助于将其与先前在软物质中发现的Frank-Kasper相，以及新近发现的十次对称准晶（decagonal quasicrystals）建立关联。

本研究已进一步延伸至巨型分子（giant molecules）中的软合金领域。这些超晶格结构不仅仿真了复杂的金属合金，更探索了超越传统金属合金的新型结构。我们期许目前的工作能提供深刻的见解，阐明如何透过可规模化的制备方式，以及处于块体状态（bulk states）下易于加工的材料，来合理地制造出复杂的超晶格；同时，期望能为超材料（metamaterials）的建构，以及透过精密化学、精密物理与精密工程之途径来操控软物质的声子、光、电、磁等特性的相关应用，提供坚实的理论指导。