Shape-induced crystallization of binary DNA-functionalized nanocubes

材料科学 结晶 四方晶系 自组装 DNA 化学物理 立方晶系 结晶学 纳米颗粒 刚度(电磁) 纳米技术 热力学 化学 晶体结构 物理 复合材料 生物化学
作者
Yunhan Zhang,Giuliana Giunta,Haojun Liang,Marjolein Dijkstra
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:158 (18) 被引量:2
标识
DOI:10.1063/5.0148139
摘要

Leveraging the anisotropic shape of DNA-functionalized nanoparticles holds potential for shape-directed crystallization of a wide collection of superlattice structures. Using coarse-grained molecular dynamics simulations, we study the self-assembly of a binary mixture of cubic gold nanoparticles, which are functionalized by complementary DNA strands. We observe the spontaneous self-assembly of simple cubic (SC), plastic body-centered tetragonal (pBCT), and compositionally disordered plastic body-centered tetragonal (d-pBCT) phases due to hybridization of the DNA strands. We systematically investigate the effect of length, grafting density, as well as rigidity of the DNA strands on the self-assembly behavior of cubic nanoparticles. We measure the potential of mean force between DNA-functionalized nanocubes for varying rigidity of the DNA strands and DNA lengths. Using free-energy calculations, we find that longer and flexible DNA strands can lead to a phase transformation from SC to the pBCT phase due to a gain in entropy arising from the orientational degrees of freedom of the nanocubes in the pBCT phase. Our results may serve as a guide for self-assembly experiments on DNA-functionalized cubic nanoparticles.

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