美國密西根州立大學（Michigan State University，簡稱 MSU）的研究團隊開發了一種新穎的方法，以精確控制晶體生長的地點和時間。這一技術的突破可能對許多先進技術產生深遠影響，包括太陽能電池板、LED 照明和醫療成像等領域。研究人員通過對金奈米粒子施加單次激光脈衝，成功促進了晶體的生長。MSU 的研究副助理 Md Shahjahan 博士表示：「這種方法使我們能夠在精確的地點和時間生長晶體。」他在 10 月 14 日的新聞稿中補充道：「這就像在顯微鏡下觀看晶體生命的最初瞬間，並且能夠引導其發展。」
晶體是由組成粒子（原子、分子或離子）以連續且高度有序的三維結構排列而成的固體材料。晶體在許多技術中扮演著關鍵角色，從煙霧警報器和電視到超聲波和聲納，無不依賴於晶體的存在。然而，生長高品質晶體面臨著重大挑戰，因為其形成過程往往難以預測。傳統方法下，晶體的成核和生長往往發生在隨機的時間和地點，這種缺乏控制的現象成為提升材料和設備性能的主要障礙。
為了解決這一挑戰，研究團隊利用快速激光脈衝，專注於鉛鹵化物鈣鈦礦（lead halide perovskites），這種晶體廣泛應用於 LED、太陽能電池和醫療成像。他們跳過了傳統的複雜生長步驟，將激光瞄準一個微小的目標：寬度小於人類頭髮千分之一的金奈米粒子。關鍵的發現是，當激光光線擊中這些奈米粒子時，會產生熱量，這種熱量隨即啟動了如鉛鹵化物鈣鈦礦等材料的結晶過程。科學家們甚至能夠通過高速度顯微鏡即時觀察這一過程的發生。
這種新穎的晶體創建方法為研究人員提供了前所未有的控制能力，允許他們像激光雕刻金屬或木材一樣「繪製」晶體。這一能力預計將改變從清潔能源解決方案到先進量子技術的多個領域。化學系副教授、該研究的主要作者 Elad Harel 表示：「我們剛剛開始探索可能性，這為我們設計和研究材料開啟了新篇章。」除了技術應用之外，這些研究成果還為晶體的形成過程提供了新見解，這是一個複雜且經常神秘的化學領域。隨著金奈米粒子的成功，研究團隊將專注於未來具有巨大潛力的實驗，接下來的步驟包括使用多種不同顏色的激光創建更複雜的晶體圖案，並嘗試合成傳統方法無法製作的全新材料。最終，他們的目標是創建更複雜的圖案，並在實際設備中測試這些晶體。這項研究得到了美國國防部的資助，研究成果於 10 月 14 日發表在《ACS Nano》期刊上。
