Een internationale onderzoeksgroep heeft een nieuwe toestand van materie ontdekt die wordt gekenmerkt door het bestaan ​​van een kwantumfenomeen dat chirale stroom wordt genoemd. Deze stromen worden op atomaire schaal gegenereerd door een coöperatieve beweging van elektronen, in tegenstelling tot conventionele magnetische materialen waarvan de eigenschappen voortkomen uit de kwantumkarakteristiek van een elektron dat bekend staat als spin en hun ordening in het kristal.

Chiraliteit is een eigenschap van extreem belang in de wetenschap; het is bijvoorbeeld ook van fundamenteel belang om DNA te begrijpen. In het ontdekte kwantumfenomeen werd de chiraliteit van de stromen gedetecteerd door de interactie tussen licht en materie te bestuderen, waarbij een geschikt gepolariseerd foton een elektron kan uitzenden vanaf het oppervlak van het materiaal met een goed gedefinieerde spintoestand.

De ontdekking, gepubliceerd in Nature , verrijkt onze kennis van kwantummaterialen aanzienlijk in de zoektocht naar chirale kwantumfasen en van de verschijnselen die optreden aan het oppervlak van materialen.

‘De ontdekking van het bestaan ​​van deze kwantumtoestanden kan de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van een nieuw type elektronica dat gebruik maakt van chirale stromen als informatiedragers in plaats van de lading van het elektron’, legt Federico Mazzola uit, onderzoeker in de fysica van gecondenseerde materie bij Ca. ' Foscari Universiteit van Venetië en leider van het onderzoek.

"Bovendien kunnen deze verschijnselen een belangrijke implicatie hebben voor toekomstige toepassingen op basis van nieuwe chirale opto-elektronische apparaten, en een grote impact op het gebied van kwantumtechnologieën voor nieuwe sensoren, maar ook op het gebied van biomedische en hernieuwbare energie."

Geboren uit een theoretische voorspelling, heeft deze studie voor het eerst rechtstreeks en voor het eerst het bestaan ​​van deze kwantumtoestand geverifieerd, die tot nu toe enigmatisch en ongrijpbaar was, dankzij het gebruik van de Italiaanse Elettra-synchrotron. Tot nu toe was de kennis over het bestaan ​​van dit fenomeen feitelijk beperkt tot theoretische voorspellingen voor sommige materialen. De observatie ervan op de oppervlakken van vaste stoffen maakt het uiterst interessant voor de ontwikkeling van nieuwe ultradunne elektronische apparaten.

De onderzoeksgroep, bestaande 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. en voor supergeleidende spintronica-toepassingen, maar de nieuwe ontdekking heeft een bredere reikwijdte, omdat ze veel 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.

Meer informatie: Federico Mazzola, Handtekeningen van een oppervlakte-spin-orbitaal chiraal metaal, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07033-8

Aangeboden door Ca' Foscari Universiteit van Venetië