Οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια νέα κατάσταση ύλης με χειρόμορφες ιδιότητες

Μια διεθνής ερευνητική ομάδα εντόπισε μια νέα κατάσταση της ύλης, που χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός κβαντικού φαινομένου που είναι γνωστό ως χειραλικό ρεύμα.

Αυτά τα ρεύματα παράγονται στην ατομική κλίμακα από συνεργατική κίνηση ηλεκτρονίων, σε αντίθεση με τα συμβατικά μαγνητικά υλικά των οποίων οι ιδιότητες προκύπτουν από μια κβαντική ιδιότητα του ηλεκτρονίου γνωστή ως σπιν και τη διάταξή τους στον κρύσταλλο.

Η σημασία της χειραλικότητας

Η αποκέντρωση είναι μια ιδιότητα μεγάλης σημασίας στην επιστήμη, για παράδειγμα, και είναι επίσης απαραίτητο να την κατανοήσουμε DNA. Στο κβαντικό φαινόμενο που ανακαλύφθηκε, η χειρικότητα των ρευμάτων αποκαλύφθηκε μελετώντας την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης, όπου τα ρεύματα ήταν κατάλληλα πολωμένα Φωτόνιο Ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να εκπέμπεται από την επιφάνεια ενός υλικού με μια καλά καθορισμένη κατάσταση σπιν.

Η ανακάλυψη δημοσιεύτηκε στο φύσηεμπλουτίζει σημαντικά τις γνώσεις μας για τα κβαντικά υλικά, την αναζήτηση για χειρόμορφες κβαντικές φάσεις και τα φαινόμενα που συμβαίνουν στην επιφάνεια των υλικών.

Πιθανές εφαρμογές και επιπτώσεις

«Η ανακάλυψη της ύπαρξης αυτών των κβαντικών καταστάσεων μπορεί να ανοίξει το δρόμο για την ανάπτυξη ενός νέου τύπου ηλεκτρονικών που χρησιμοποιεί χειρόμορφα ρεύματα ως φορείς πληροφοριών αντί για φορτίο ηλεκτρονίου», εξηγεί ο Federico Mazzola, ερευνητής στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο Ca' Foscari στη Βενετία και επικεφαλής της έρευνας. Αυτά τα φαινόμενα έχουν σημαντικό αντίκτυπο σε μελλοντικές εφαρμογές που βασίζονται σε νέες χειρόμορφες οπτοηλεκτρονικές συσκευές και σημαντικό αντίκτυπο στον τομέα των κβαντικών τεχνολογιών για νέους αισθητήρες, καθώς και στους τομείς της βιοϊατρικής και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Ανακάλυψη και επαλήθευση

Γεννημένη από μια θεωρητική πρόβλεψη, αυτή η μελέτη απέδειξε άμεσα για πρώτη φορά την ύπαρξη αυτής της κβαντικής κατάστασης, η οποία μέχρι τώρα παρέμενε μυστηριώδης και άπιαστη, χάρη στη χρήση του ιταλικού σύγχροτρον Elettra. Μέχρι τώρα, η γνώση για την ύπαρξη αυτού του φαινομένου περιοριζόταν στην πραγματικότητα σε θεωρητικές προβλέψεις για ορισμένα υλικά. Η παρατήρησή τους στις επιφάνειες στερεών υλικών τα κάνει πολύ ενδιαφέροντα για την ανάπτυξη νέων εξαιρετικά λεπτών ηλεκτρονικών συσκευών.

Η ερευνητική ομάδα, η οποία περιλαμβάνει εθνικούς και διεθνείς εταίρους, όπως το Πανεπιστήμιο Ca' Foscari της Βενετίας, το Ινστιτούτο SPIN, το Ινστιτούτο CNR Materials Officina και το Πανεπιστήμιο του Σαλέρνο, διερεύνησε το φαινόμενο ενός υλικού που είναι ήδη γνωστό στην επιστημονική κοινότητα για τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες. . Για εφαρμογές σε υπεραγώγιμα ηλεκτρονικά σπιν, αλλά η νέα ανακάλυψη έχει ευρύτερο πεδίο εφαρμογής, όντας πιο γενική και εφαρμόσιμη σε ένα ευρύ φάσμα κβαντικών υλικών.

Αυτά τα υλικά φέρνουν επανάσταση στην κβαντική φυσική και την τρέχουσα ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, με ιδιότητες πολύ πέρα ​​από αυτές που περιγράφει η κλασική φυσική.

Αναφορά: «Υπογραφές επιφανειακής τροχιακής ελικοειδούς ανοργανοποίησης» από τους Federico Mazzola, Wojciech Brzeski, Maria Teresa Mercaldo, Anita Guarino, Chiara Beggi και Jill A. Miwa, Domenico Di Fazio, Alberto Cribaldi, John Fujii, Giorgio Rossi και Pasquale Orgiani. Sandeep Kumar Chaluvadi, Shini Ponnathum Shaleel, Giancarlo Panaccioni, Anupam Jana, Vincent Poliuzic, Ivana Vobornek, Changyong Kim, Fabio Milito-Granozio, Rosalba Fittipaldi, Carmine Ortex, Mario Cocco και Antonio Vecchi 20 φύση.
doi: 10.1038/s41586-024-07033-8