原子具有带正电的中心，被一团带负电的粒子包围。事实证明，这种类型的安排也可以在更宏观的层面上进行，从而为材料如何形成和相互作用的本质提供新的见解。

在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一项新研究中，科学家们研究了一种叫做胶体晶体的材料的内部结构，这种材料由一系列高度有序的颗粒组成，这些颗粒散布在规则的排列中。更多地了解胶体晶体的结构和行为可以帮助科学家确定它们最适合的应用，如光子学。

在最近一期“ 科学”杂志上发表的开创性研究中，科学家利用DNA将较小的颗粒束缚在较大的颗粒上，使它们能够确定较小的颗粒如何填充在较大颗粒周围的区域。当使用小至1.4纳米的颗粒 - 极小的胶体颗粒时 -科学家们观察到了令人兴奋的效果：小颗粒在规则地排列较大颗粒周围漫游，而不是以有序的方式保持锁定。

由于这种行为，胶体晶体可以设计成在光学，催化和药物输送领域中产生各种新技术。小颗粒有可能充当信使，携带其他分子，电流或信息从晶体的一端到另一端。

Argonne X射线物理学家兼研究作者Byeongdu Lee说：“较小的颗粒基本上就像胶水一样，将较大的颗粒排列在一起。” “只需几根胶水，放置它们的最佳位置就是在较大颗粒之间的角落。如果添加更多的胶珠，它们会溢出到边缘。”

坐在角落的小颗粒倾向于保持静止 - 李的配置称为定位。边缘上的附加颗粒具有更大的运动自由度，变得离域化。通过束缚于较大的颗粒并具有局部化和离域的能力，小颗粒在晶体结构中充当“电子等价物” 。迄今为止，在胶体颗粒组件中尚未观察到小颗粒的离域，这是作者称之为金属性的。

此外，由于小颗粒部分离域，这种效应产生的材料挑战了大多数传统的水晶定义，Lee表示。

“通常，当你改变水晶的成分时，结构也会发生变化，”他说。“在这里，你可以拥有一种能够以不同比例保持其整体结构的材料。”

为了对胶体晶体的结构进行成像，Lee和他的同事使用了阿贡的高级光子源(APS)提供的高亮度X射线束，这是美国能源部科学用户设施办公室。APS提供了一个关键优势，它允许科学家直接在溶液中观察晶体的结构。“这个系统只在溶液中稳定，一旦干燥，结构就会变形，”Lee说。