Impulsi di terahertz inducono la chiralità in un cristallo non chirale
"Questa scoperta apre nuove possibilità per il controllo dinamico della materia a livello atomico"
La chiralità è una proprietà fondamentale della materia che determina molti fenomeni biologici, chimici e fisici. I solidi chirali, ad esempio, offrono interessanti possibilità per la catalisi, la tecnologia dei sensori e i componenti ottici, poiché consentono interazioni uniche con le molecole chirali e la luce polarizzata. Tuttavia, queste proprietà sono determinate già durante la crescita del materiale. Ciò significa che gli enantiomeri destro e sinistro non possono essere convertiti l'uno nell'altro senza fondere e ricristallizzare il materiale. I ricercatori del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) e dell'Università di Oxford hanno dimostrato che la luce terahertz può indurre la chiralità in un cristallo non chirale, creando enantiomeri destri o sinistri a seconda delle esigenze. Questa scoperta, pubblicata su Science , apre interessanti possibilità di esplorare nuovi fenomeni di non-equilibrio in materiali complessi.
La luce terahertz è in grado di controllare i solidi a livello atomico, formando strutture chirali con la mano sinistra e la mano destra.
Zhiyang Zeng (MPSD)
La chiralità descrive oggetti che non possono essere allineati con la loro immagine speculare mediante combinazioni di rotazioni o spostamenti, come la mano destra e la mano sinistra di una persona. Nei cristalli chirali, la disposizione spaziale degli atomi conferisce loro una "mano" specifica, che influenza le loro proprietà ottiche ed elettriche, ad esempio.
Il team di Amburgo e Oxford si è concentrato sui cosiddetti materiali antiferro-cirali, un tipo di cristalli non-cirali che assomigliano a materiali antiferromagnetici. In questi, i momenti magnetici si allineano in direzioni opposte in uno schema sfalsato, che porta alla scomparsa della magnetizzazione complessiva. Un cristallo antiferrocirale consiste in proporzioni uguali di sottostrutture sinistre e destre in una cella unitaria, rendendolo complessivamente non-cirale.
Il team di ricerca, guidato da Andrea Cavalleri, ha utilizzato la luce terahertz per annullare questo equilibrio nel materiale non-cirale fosfato di boro (BPO4) e indurre così la chiralità su scale temporali ultraveloci. "Utilizziamo un meccanismo chiamato fonetica non lineare", spiega Zhiyang Zeng, autore principale di questo lavoro. "Eccitando uno specifico modo vibrazionale nella gamma di frequenze del terahertz, che sposta il reticolo cristallino lungo le coordinate di altri modi nel materiale, abbiamo generato uno stato chirale che dura per diversi picosecondi", aggiunge. "È sorprendente che, ruotando la polarizzazione della luce terahertz di 90 gradi, siamo stati in grado di indurre specificamente una struttura chirale sinistrorsa o destrorsa", aggiunge il coautore Michael Först.
"Questa scoperta apre nuove possibilità per il controllo dinamico della materia a livello atomico", afferma Andrea Cavalleri, capogruppo dell'MPSD. "Siamo entusiasti delle potenziali applicazioni di questa tecnologia e di come possa essere utilizzata per creare funzionalità uniche. La capacità di indurre la chiralità in materiali non chirali potrebbe portare a nuove applicazioni nei dispositivi di memoria ultraveloci o anche in piattaforme optoelettroniche più avanzate".
Questo lavoro è stato finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca nell'ambito del Cluster di eccellenza "CUI: Advanced Imaging of Matter". L'MPSD è membro del Centre for Free-Electron Laser Science (CFEL), un'istituzione congiunta del DESY e dell'Università di Amburgo.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Altre notizie dal dipartimento scienza
