Naukowcy odkryli nowy stan materii o właściwościach chiralnych

Międzynarodowa grupa badawcza zidentyfikowała nowy stan materii charakteryzujący się obecnością zjawiska kwantowego zwanego prądem chiralnym.

Prądy te są generowane w skali atomowej w wyniku wspólnego ruchu elektronów, w przeciwieństwie do konwencjonalnych materiałów magnetycznych, których właściwości wynikają z kwantowej właściwości elektronu zwanej spinem i ich rozmieszczenia w krysztale.

Znaczenie chiralności

Decentralizacja jest właściwością o ogromnym znaczeniu na przykład w nauce i trzeba ją także zrozumieć DNA. W odkrytym zjawisku kwantowym chiralność prądów ujawniono badając oddziaływanie światła z materią, gdzie polaryzowano odpowiednie prądy Foton Elektron może zostać wyemitowany z powierzchni materiału o dobrze określonym stanie spinu.

Odkrycie zostało opublikowane w Naturaznacząco wzbogaca naszą wiedzę na temat materiałów kwantowych, poszukiwań chiralnych faz kwantowych i zjawisk zachodzących na powierzchni materiałów.

Potencjalne zastosowania i implikacje

„Odkrycie istnienia tych stanów kwantowych może utorować drogę do opracowania nowego typu elektroniki, która zamiast ładunku elektronu wykorzystuje prądy chiralne jako nośniki informacji” – wyjaśnia Federico Mazzola, badacz fizyki materii skondensowanej na Uniwersytecie Ca' Foscari University w Wenecji i kierownik zespołu badawczego.Zjawiska te mają istotny wpływ na przyszłe zastosowania oparte na nowych chiralnych urządzeniach optoelektronicznych oraz duży wpływ w dziedzinie technologii kwantowych dla nowych czujników, a także w dziedzinach biomedycyna i energia odnawialna.

Odkrycie i weryfikacja

Zrodzone z teoretycznych przewidywań badanie to po raz pierwszy bezpośrednio udowodniło istnienie tego stanu kwantowego, który do tej pory pozostawał tajemniczy i nieuchwytny dzięki zastosowaniu włoskiego synchrotronu Elettra. Do tej pory wiedza o istnieniu tego zjawiska ograniczała się właściwie do teoretycznych przewidywań dla określonych materiałów. Ich obserwacja na powierzchniach materiałów stałych czyni je bardzo interesującymi dla rozwoju nowych ultracienkich urządzeń elektronicznych.

Grupa badawcza, w skład której wchodzą partnerzy krajowi i międzynarodowi, w tym Uniwersytet Ca' Foscari w Wenecji, Instytut SPIN, Instytut CNR Materials Officina i Uniwersytet w Salerno, zbadała zjawisko materiału znanego już społeczności naukowej ze swoich właściwości elektronicznych . Do zastosowań w nadprzewodzącej elektronice spinowej, ale nowe odkrycie ma szerszy zakres, jest bardziej ogólne i ma zastosowanie do szerokiej gamy materiałów kwantowych.

Materiały te rewolucjonizują fizykę kwantową i obecny rozwój nowych technologii, a ich właściwości znacznie wykraczają poza te opisane przez fizykę klasyczną.

Odniesienie: „Sygnatury mineralizacji helikalnej orbity powierzchniowej” autorstwa Federico Mazzoli, Wojciecha Brzeskiego, Marii Teresy Mercaldo, Anity Guarino, Chiary Beggi i Jill A. Miwa, Domenico Di Fazio, Alberto Cribaldi, John Fujii, Giorgio Rossi i Pasquale Orgiani. Sandeep Kumar Chaluvadi, Shini Ponnathum Shaleel, Giancarlo Panaccioni, Anupam Jana, Vincent Poliuzic, Ivana Vobornik, Changyoung Kim, Fabio Milito-Granozio, Rosalba Fittipaldi, Carmine Ortex, Mario Cocco i Antonio Vecchione, 7 lutego 2024 r., Natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07033-8