Des impulsions térahertz induisent la chiralité dans un cristal non chiral
"Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle dynamique de la matière au niveau atomique
La chiralité est une propriété fondamentale de la matière qui détermine de nombreux phénomènes biologiques, chimiques et physiques. Les solides chiraux, par exemple, offrent des possibilités intéressantes pour la catalyse, la détection et les dispositifs optiques en permettant des interactions uniques avec les molécules chirales et la lumière polarisée. Ces propriétés sont toutefois établies lors de la croissance du matériau, c'est-à-dire que les énantiomères gauches et droits ne peuvent être convertis l'un en l'autre sans fusion et recristallisation. Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière (MPSD) et de l'Université d'Oxford ont montré que la lumière térahertz peut induire la chiralité dans un cristal non chiral, permettant ainsi l'émergence d'énantiomères gauches ou droits à la demande. Cette découverte, publiée dans Science, ouvre des perspectives passionnantes pour l'exploration de nouveaux phénomènes hors équilibre dans des matériaux complexes.
La lumière térahertz a la capacité de contrôler les solides au niveau atomique, en formant des structures chirales gauches et droites.
Zhiyang Zeng (MPSD)
La chiralité fait référence à des objets qui ne peuvent pas être superposés à leur image miroir par n'importe quelle combinaison de rotations ou de translations, un peu comme les mains gauche et droite distinctes d'un être humain. Dans les cristaux chiraux, la disposition spatiale des atomes confère une "main" spécifique qui influence, par exemple, leurs propriétés optiques et électriques.
L'équipe de Hambourg-Oxford s'est concentrée sur ce que l'on appelle les antiferro-chirals, un type de cristaux non chiraux rappelant les matériaux antiferro-magnétiques, dans lesquels les moments magnétiques s'alignent de manière décalée, ce qui entraîne une disparition de l'aimantation nette. Un cristal antiferro-chiral est composé de quantités équivalentes de sous-structures gauches et droites dans une cellule unitaire, ce qui le rend globalement non chiral.
L'équipe de recherche, dirigée par Andrea Cavalleri, a utilisé la lumière térahertz pour lever cet équilibre dans le matériau non chiral qu'est le phosphate de bore (BPO4), induisant ainsi une chiralité finie à une échelle de temps ultrarapide. "Nous exploitons un mécanisme appelé phononique non linéaire", explique Zhiyang Zeng, auteur principal de ces travaux. "En excitant un mode vibratoire spécifique à fréquence térahertz, qui déplace le réseau cristallin le long des coordonnées d'autres modes dans le matériau, nous avons créé un état chiral qui survit pendant plusieurs picosecondes", ajoute-t-il. "En faisant pivoter la polarisation de la lumière térahertz de 90 degrés, nous avons pu induire sélectivement une structure chirale gauche ou droite", poursuit Michael Först, l'un de ses collègues.
"Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle dynamique de la matière au niveau atomique", déclare Andrea Cavalleri, chef de groupe au MPSD. "Nous sommes impatients de voir les applications potentielles de cette technologie et la façon dont elle peut être utilisée pour créer des fonctionnalités uniques. La capacité d'induire la chiralité dans des matériaux non chiraux pourrait conduire à de nouvelles applications dans les dispositifs de mémoire ultrarapide ou à des plateformes optoélectroniques encore plus sophistiquées"
Ce travail a bénéficié du soutien financier de la Deutsche Forschungsgemeinschaft par l'intermédiaire du pôle d'excellence "CUI : Imagerie avancée de la matière". Le MPSD est membre du Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), une entreprise commune avec DESY et l'université de Hambourg.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
