Wissenschaftler haben einen neuen Materiezustand mit chiralen Eigenschaften entdeckt

Forscher haben mit chiralen Strömen einen neuen Quantenzustand der Materie identifiziert, der zu einer Revolution in der Quantenelektronik und -technologie führen könnte. Diese Leistung, die durch direkte Beobachtung mit dem italienischen Elettra-Synchrotron bestätigt wurde, bietet breite Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Sensoren, Biomedizin und erneuerbare Energien. Bildnachweis: SciTechDaily.com

Eine internationale Forschungsgruppe hat einen neuen Zustand der Materie identifiziert, der durch das Vorhandensein eines Quantenphänomens namens chiraler Strom gekennzeichnet ist.

Diese Ströme werden auf atomarer Ebene durch kooperative Bewegung von Elektronen erzeugt, im Gegensatz zu herkömmlichen magnetischen Materialien, deren Eigenschaften aus einer Quanteneigenschaft des Elektrons, bekannt als Spin, und ihrer Anordnung im Kristall resultieren.

Die Bedeutung der Chiralität

Dezentralisierung ist beispielsweise in der Wissenschaft eine Eigenschaft von großer Bedeutung, die es auch zu verstehen gilt DNA. Bei dem entdeckten Quantenphänomen wurde die Chiralität der Ströme durch die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie aufgedeckt, wobei entsprechende Ströme polarisiert waren Photon Ein Elektron kann von der Oberfläche eines Materials mit einem wohldefinierten Spinzustand emittiert werden.

Die Entdeckung wurde veröffentlicht in Naturbereichert unser Wissen über Quantenmaterialien, die Suche nach chiralen Quantenphasen und Phänomene, die auf der Oberfläche von Materialien auftreten, erheblich.

Mögliche Anwendungen und Auswirkungen

„Die Entdeckung der Existenz dieser Quantenzustände könnte den Weg für die Entwicklung einer neuen Art von Elektronik ebnen, die chirale Ströme als Informationsträger anstelle der Ladung eines Elektrons nutzt“, erklärt Federico Mazzola, Forscher auf dem Gebiet der Festkörperphysik bei Universität Ca' Foscari in Venedig und Leiter des Forschungsteams. Diese Phänomene haben einen wichtigen Einfluss auf zukünftige Anwendungen, die auf neuen chiralen optoelektronischen Geräten basieren, und einen großen Einfluss auf den Bereich der Quantentechnologien für neue Sensoren sowie in den Bereichen Biomedizin und erneuerbare Energien.

Entdeckung und Verifizierung

Basierend auf einer theoretischen Vorhersage hat diese Studie zum ersten Mal direkt die Existenz dieses Quantenzustands bewiesen, der dank des Einsatzes des italienischen Synchrotrons Elettra bisher geheimnisvoll und schwer fassbar blieb. Bisher beschränkte sich das Wissen über die Existenz dieses Phänomens tatsächlich auf theoretische Vorhersagen für bestimmte Materialien. Ihre Beobachtung an der Oberfläche fester Materialien macht sie für die Entwicklung neuer ultradünner elektronischer Geräte sehr interessant.

Die Forschungsgruppe, der nationale und internationale Partner angehören, darunter die Universität Ca' Foscari in Venedig, das SPIN-Institut, das CNR Materials Officina Institute und die Universität Salerno, untersuchte das Phänomen eines Materials, das der wissenschaftlichen Gemeinschaft bereits aufgrund seiner elektronischen Eigenschaften bekannt ist . Für Anwendungen in der supraleitenden Spinelektronik hat die neue Entdeckung jedoch einen breiteren Anwendungsbereich, ist allgemeiner und auf eine Vielzahl von Quantenmaterialien anwendbar.

Diese Materialien revolutionieren die Quantenphysik und die aktuelle Entwicklung neuer Technologien und weisen Eigenschaften auf, die weit über die in der klassischen Physik beschriebenen hinausgehen.

Referenz: „Signatures of surface orbital helical mineralization“ von Federico Mazzola, Wojciech Brzeski, Maria Teresa Mercaldo, Anita Guarino, Chiara Beggi und Jill A. Miwa, Domenico Di Fazio, Alberto Cribaldi, John Fujii, Giorgio Rossi und 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 und Antonio Vecchione, 7. Februar 2024, Natur.
doi: 10.1038/s41586-024-07033-8