En internationell forskargrupp har upptäckt ett nytt materiatillstånd som kännetecknas av förekomsten av ett kvantfenomen som kallas kiral ström. Dessa strömmar genereras i atomär skala genom en kooperativ rörelse av elektroner, till skillnad från konventionella magnetiska material vars egenskaper härrör från kvantkarakteristiken hos en elektron som kallas spinn och deras ordning i kristallen.
Kiralitet är en egenskap av extrem betydelse inom vetenskapen, till exempel är det grundläggande också att förstå DNA. I det upptäckta kvantfenomenet upptäcktes strömmarnas kiralitet genom att studera växelverkan mellan ljus och materia, där en lämpligt polariserad foton kan avge en elektron från materialets yta med ett väldefinierat spinntillstånd.
Upptäckten, publicerad i Nature , berikar avsevärt vår kunskap om kvantmaterial i sökandet efter kirala kvantfaser och om de fenomen som uppstår på materialytan.
"Upptäckten av förekomsten av dessa kvanttillstånd kan bana väg för utvecklingen av en ny typ av elektronik som använder kirala strömmar som informationsbärare i stället för elektronens laddning", förklarar Federico Mazzola, forskare i kondenserad materiens fysik vid Ca. ' Foscari-universitetet i Venedig och ledare för forskningen.
"Dessutom kan dessa fenomen ha en viktig implikation för framtida tillämpningar baserade på nya kirala optoelektroniska enheter, och en stor inverkan inom området kvantteknik för nya sensorer, såväl som inom biomedicinska och förnybara energiområden."
Född från en teoretisk förutsägelse, verifierade denna studie direkt och för första gången existensen av detta kvanttillstånd, hittills gåtfullt och svårfångat, tack vare användningen av den italienska Elettra-synkrotronen. Fram till nu var kunskapen om förekomsten av detta fenomen i själva verket begränsad till teoretiska förutsägelser för vissa material. Dess observation på ytorna av fasta ämnen gör den extremt intressant för utvecklingen av nya ultratunna elektroniska enheter.
Forskargruppen, som inkluderar nationella och internationella partners inklusive Ca' Foscari-universitetet i Venedig, Spin Institute, CNR Materials Officina Institute och University of Salerno, undersökte fenomenet med ett material som redan är känt för forskarvärlden för dess elektroniska egenskaper och för supraledande spintronikapplikationer, men den nya upptäckten har en bredare räckvidd och är mycket mer generell och tillämpbar på ett stort antal kvantmaterial.
Dessa material revolutionerar kvantfysiken och den nuvarande utvecklingen av ny teknologi, med egenskaper som går långt utöver de som beskrivs av klassisk fysik.
Mer information: Federico Mazzola, Signaturer av en ytspin-orbital kiral metall, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07033-8
Tillhandahålls av Ca' Foscari University of Venice
