(纯计算)南京航空航天大学仇虎团队Phys. Rev. Lett.: 无图案化二维晶体表面上的一维布朗运动
- 2026-06-22 10:42:49
(纯计算)南京航空航天大学仇虎团队Phys. Rev. Lett.: 无图案化二维晶体表面上的一维布朗运动
来自公众号：科研任我行 本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。 2026年6月2日，Phys. Rev. Lett.在线发表了南京航空航天大学仇虎教授课题组的研究论文，题目为《One-Dimensional Brownian Motion on Unpatterned Two-Dimensional Crystal Surfaces》，论文的第一作者为Ruisheng Zhao。 
图1 在300 K下聚合物C60纳米片在石墨烯上的一维布朗运动 
图2 一维布朗运动的温度依赖性 
图3 系统的滑动能量起伏 
图4 应变工程调控一维布朗运动 
图5 通过热梯度ΔT偏置的一维布朗运动实现纳米尺度定向输运
【论文链接】 Zhao, R., Guo, W. & Qiu, H. One-Dimensional Brownian Motion on Unpatterned Two-Dimensional Crystal Surfaces. Phys. Rev. Lett., 2026, 136, 226202. https://doi.org/10.1103/dswg-sb5y 投稿日期：2025年10月23日 接收日期：2026年04月20日 
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沿着预设路径输运微观物体的能力，对于多种生物过程和技术应用具有重要意义。在生物系统中，活细胞中的马达蛋白通过沿一维蛋白轨道进行布朗运动来完成这一任务，而ATP水解可以使这种布朗运动偏向定向运动，从而以可编程的方式将细胞器和分子运输进出细胞。例如，驱动蛋白家族以微管为轨道，输运直径达数微米的囊泡和其他货物，从而实现细胞运动、细胞分裂和肌肉收缩等重要的细胞功能。在人工纳米系统中，一维布朗运动及其相关的定向货物输运已在从粒子分离、自组装到药物递送等应用中展现出潜力。
迄今为止，在这些系统中实现一维运动的主流策略仍然依赖于物理轨道来将颗粒的运动限制在单轴轨迹上。例如，置于碳纳米管内部或外表面的水分子等微小实体，可以在室温下进行一维布朗运动。类似地，在具有沟槽状图案的平坦表面上，胶体颗粒和小分子也被观察到具有这种行为。在没有此类形貌约束的情况下，大量现有实验和模拟表明，原子级平坦、均匀的固体表面上的纳米尺度物体通常表现为随机的布朗运动，即没有优先运动方向。因此，在无图案化表面上实现严格的一维布朗运动仍然是一项具有挑战性的任务。
在此研究中，作者通过分子动力学模拟证明，单层聚合物C60纳米片可以在无图案化的原子级平坦晶体表面（包括石墨烯、六方氮化硼和二硫化钼）上进行持续的一维布朗运动。初始放置时，纳米片以任意角度存在，但会自发旋转至与基底能量最低的堆叠构型，然后沿特定的晶轴方向滑动。这种定向行为源于一种对称性破缺的界面势，该势具有类似沟槽的能量极小值通道，作为内在的能量轨道。此外，通过在预定位置旋转纳米片，可以有意地切换其滑动方向，从而实现对吸附的纳米尺度货物的可编程、埃级精度的输运。
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