Skip to content
Home » Onderzoeksteam ontdekt schakelbare elektronische chiraliteit in een achirale Kagome-supergeleider

Onderzoeksteam ontdekt schakelbare elektronische chiraliteit in een achirale Kagome-supergeleider

    Onderzoeksteam ontdekt schakelbare elektronische chiraliteit in een achirale Kagome-supergeleider
    Van richting veranderen: onderzoeksteam ontdekt schakelbare elektronische chiraliteit in een achirale Kagome-supergeleider

    Chiraal elektronisch transport in een gelaagde Kagome-supergeleider. Krediet: Brad Baxley

    Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de afdeling Microstructured Quantum Matter van de MPSD rapporteert de eerste waarneming van schakelbaar chiraal transport in een structureel achiraal kristal, de Kagome-supergeleider CsV3sb5. Hun werk is gepubliceerd in Natuur.


    Of een object al dan niet te onderscheiden is van zijn spiegelbeeld heeft belangrijke gevolgen voor zijn fysieke gedrag. Stel dat je naar een basketballer in een spiegel kijkt. De bal, de speler en hun omgeving zijn in de spiegel op het eerste gezicht net hetzelfde als in het echt. Maar als je goed kijkt, zijn sommige details anders. De bal in de rechterhand van de speler verschijnt nu in de linkerhand in de spiegel. Terwijl het spiegelbeeld nog steeds dezelfde hand toont, is deze duidelijk veranderd van een linker- naar een rechterhand of omgekeerd. Veel andere fysieke objecten hebben ook spiegelbeelden die op een belangrijk aspect verschillen, net als handen, en daarom noemen wetenschappers ze handed of chiraal (van het Grieks χϵρι = hand). Anderen, zoals de bal, zijn niet te onderscheiden van hun spiegelbeeld, waardoor ze achiraal zijn.

    Chiraliteit is een van de meest fundamentele geometrische eigenschappen en speelt een speciale rol in de biologie, scheikunde en natuurkunde. Het kan verrassende effecten veroorzaken: één versie van het karvonmolecuul produceert bijvoorbeeld een geur van groene munt, maar de chirale, gespiegelde, equivalente geur van karwij.

    In de materiaalwetenschap maakt men onderscheid tussen kristallen waarin de periodieke rangschikking van de atomen al dan niet chiraal is. Als dat zo is, moeten de elektronen en elektrische stromen die erin stromen ook op de een of andere manier verschillen van hun spiegelbeeld, een eigenschap die kan leiden tot exotische reacties en nieuwe toepassingen. Een voorbeeld is een diode-achtig effect waarbij de elektrische stromen die van links naar rechts stromen verschillen van die van rechts naar links, een eigenschap die elektronische magneto-chirale anisotropie (eMChA) wordt genoemd. Tot nu toe is dit fenomeen alleen gevonden in structureel chirale kristallen.

    Nu heeft een internationaal onderzoeksteam echter de eerste waarneming van dit chirale transport gerapporteerd in een structureel achiraal kristal, de Kagome-supergeleider CsV3sb5. Het team omvatte wetenschappers van de MPSD en het Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (Duitsland), EPFL en de Universiteit van Zürich in Zwitserland, de Universiteit van Baskenland (Spanje) en Qingdao University in China.

    De kwantumpuzzel is even eenvoudig als diep: als de atomaire posities in het kristal precies hetzelfde zijn als in hun spiegelbeeld, hoe is het dan mogelijk dat de elektronen dat niet zijn? Er moet duidelijk een nieuw mechanisme in het spel zijn dat verder gaat dan een eenvoudig vormeffect zoals in onze handen. In tegenstelling tot structurele chiraliteit, die even stevig in een kristal is ingeprent als in een menselijke hand, kan deze nieuwe elektronische chiraliteit worden geschakeld met behulp van magnetische velden. Schakelbare chiraliteit is nog nooit eerder waargenomen en zal wellicht zijn toepassing vinden in toekomstige technologie.

    Het is duidelijk dat dit ongebruikelijke gedrag direct verband houdt met de sterke elektronische interacties. Het team stelt een model voor waarin de elektronen zichzelf rangschikken in patronen die de spiegelsymmetrie schenden, ook al zijn de atomen symmetrisch gerangschikt.

    csv3sb5 is al bekend voor veel van dergelijke op elkaar inwerkende elektronische structuren, zoals de vorming van een onconventionele chirale ladingsorde met een prikkelende ladingsmodulatie. Deze chirale elektronische structuren kunnen spontaan roteren, wat een orbitale magnetische respons veroorzaakt die verband houdt met een gedrag dat bekend staat als “lusstromen”, zoals beschreven door C. Mielke et al., Natuur 2022.

    csv3sb5 lijkt een fantastische sandbox te zijn om gecorreleerde kwantumverschijnselen te onderzoeken, inclusief het eerste voorbeeld van schakelbare elektronische chiraliteit. De volgende stappen omvatten het vergroten van het operationele bereik van cryogeen tot kamertemperatuur en het vergroten van de omvang van deze respons. Het is duidelijk dat er nog veel meer moet komen van op elkaar inwerkende systemen op geometrisch gefrustreerde roosters.


    Reactiekinetiek stimuleert de vorming van chirale nanokristallen in telluriumatomen


    Informatie:
    Chunyu Guo et al, Schakelbaar chiraal transport in charge-ordered kagome metal CsV3Sb5, Natuur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05127-9

    Geleverd door Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter

    citaten: Van richting veranderen: onderzoeksteam ontdekt schakelbare elektronische chiraliteit in een achirale Kagome-supergeleider (2022, 13 oktober) opgehaald op 14 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-team-switchable-electronic-chirality-achiral. html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.