Wetenschappers hebben een nieuwe toestand van materie ontdekt met chirale eigenschappen

Een internationale onderzoeksgroep heeft een nieuwe toestand van materie geïdentificeerd, gekenmerkt door de aanwezigheid van een kwantumfenomeen dat bekend staat als chirale stroom.

Deze stromen worden op atomaire schaal gegenereerd door coöperatieve beweging van elektronen, in tegenstelling tot conventionele magnetische materialen waarvan de eigenschappen voortkomen uit een kwantumeigenschap van het elektron, bekend als spin, en hun rangschikking in het kristal.

Het belang van chiraliteit

Decentralisatie is bijvoorbeeld een eigenschap van groot belang in de wetenschap, en het is ook noodzakelijk om deze te begrijpen DNA. In het ontdekte kwantumfenomeen werd de chiraliteit van de stromen onthuld door de interactie tussen licht en materie te bestuderen, waarbij de juiste stromen gepolariseerd waren. Foton Een elektron kan worden uitgezonden vanaf het oppervlak van een materiaal met een goed gedefinieerde spintoestand.

De ontdekking werd gepubliceerd in natuurverrijkt onze kennis van kwantummaterialen, de zoektocht naar chirale kwantumfasen en verschijnselen die zich voordoen op het oppervlak van materialen aanzienlijk.

Mogelijke toepassingen en implicaties

“De ontdekking van het bestaan ​​van deze kwantumtoestanden kan de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van een nieuw type elektronica dat chirale stromen gebruikt als informatiedragers in plaats van de lading van een elektron”, legt Federico Mazzola uit, een onderzoeker in de fysica van de gecondenseerde materie. Ca' Foscari Universiteit in Venetië en hoofd van het onderzoeksteam. Deze verschijnselen hebben een belangrijke impact op toekomstige toepassingen op basis van nieuwe chirale opto-elektronische apparaten, en een grote impact op het gebied van kwantumtechnologieën voor nieuwe sensoren, evenals op het gebied van biogeneeskunde en hernieuwbare energie.

Ontdekking en verificatie

Geboren uit een theoretische voorspelling, heeft deze studie voor het eerst rechtstreeks het bestaan ​​van deze kwantumtoestand bewezen, die tot nu toe mysterieus en ongrijpbaar is gebleven, dankzij het gebruik van de Italiaanse synchrotron Elettra. Tot nu toe bleef de kennis over het bestaan ​​van dit fenomeen feitelijk beperkt tot theoretische voorspellingen voor bepaalde materialen. Hun observaties op de oppervlakken van vaste materialen maken ze zeer interessant voor de ontwikkeling van nieuwe ultradunne elektronische apparaten.

De onderzoeksgroep, die bestaat uit nationale en internationale partners, waaronder de Ca' Foscari Universiteit van Venetië, het SPIN Instituut, het CNR Materials Officina Instituut en de Universiteit van Salerno, onderzocht het fenomeen van een materiaal dat al bekend was bij de wetenschappelijke gemeenschap vanwege zijn elektronische eigenschappen. . Voor toepassingen in supergeleidende spin-elektronica, maar de nieuwe ontdekking heeft een bredere reikwijdte, omdat ze algemener is en toepasbaar op een breed scala aan kwantummaterialen.

Deze materialen zorgen voor een revolutie in de kwantumfysica en de huidige ontwikkeling van nieuwe technologieën, met eigenschappen die veel verder gaan dan die beschreven door de klassieke natuurkunde.

Referentie: “Handtekeningen van oppervlakte-orbitale spiraalvormige mineralisatie” door Federico Mazzola, Wojciech Brzeski, Maria Teresa Mercaldo, Anita Guarino, Chiara Beggi en Jill A. Miwa, Domenico Di Fazio, Alberto Cribaldi, John Fujii, Giorgio Rossi en 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 en Antonio Vecchione, 7 februari 2024, natuur.
doi: 10.1038/s41586-024-07033-8