Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Fysik

Kvantematerialer:En ny stoftilstand med chirale egenskaber

CP-spin-opløst ARPES. a , EDC'er taget ved seks udvalgte momenta (±k i , hvor i  = 1, 2 eller 3) med faste spins og cirkulære polariseringer. Især de orange kurver opnås ved at måle EDC'erne ved positive k værdier, højre-cirkulært polariseret lys og spin-up-kanal (C + (k , ↑)), hvorimod de grønne kurver opnås med negativ k værdier, venstre-cirkulært polariseret lys og spin-down-kanal (C + (-k , ↓)). b , ARPES-spektre med omvendt spin og cirkulært polariserede lyskonfigurationer. De orange kurver henviser til C + (-k , ↑), hvorimod de grønne kurver opnås for C - (k , ↓). c , ARPES-billede, der angiver k værdier, som EDC'erne er blevet taget til. Det bemærkes, at konfigurationerne i a og b vise en forskel, der er større end den eksperimentelle usikkerhed. d , Amplituderne af den cirkulære dikroisme (ved k opsummeret for at se den faktiske rest) rapporteres for både spin-integrerede og spin-opløste målinger. Dataene viser, at det spin-integrerede signal (grå kurve) viser en endelig værdi så stor som 10 % (hvilket også svarer til den eksperimentelle usikkerhed på 8 %, som vist i ref. 39 ), men de spin-opløste kanaler viser en betydelig større amplitude, med en faktor på 2 og 3 for henholdsvis op- og ned-kanaler. Amplitudeværdierne er blevet udtrukket fra dataene vist i a og b og i Extended Data Fig. 3, efter at have inkluderet Sherman-funktionen og beregnet den sande spinpolarisation, som beskrevet i Metoder. Den anden angav k punkter, såvel som den dikroiske amplitude i form af momentumfordelingskurven, er vist i udvidede data fig. 4 og 5, og bekræfter gyldigheden af ​​vores resultat. Kredit:Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8

En international forskergruppe har opdaget en ny tilstand af materie karakteriseret ved eksistensen af ​​et kvantefænomen kaldet chiral strøm. Disse strømme genereres på en atomær skala ved en kooperativ bevægelse af elektroner, i modsætning til konventionelle magnetiske materialer, hvis egenskaber stammer fra kvantekarakteristikken for en elektron kendt som spin og deres orden i krystallen.



Kiralitet er en egenskab af ekstrem vigtighed i videnskaben, for eksempel er det grundlæggende også at forstå DNA. I det opdagede kvantefænomen blev strømmenes chiralitet detekteret ved at studere interaktionen mellem lys og stof, hvor en passende polariseret foton kan udsende en elektron fra materialets overflade med en veldefineret spin-tilstand.

Opdagelsen, offentliggjort i Nature , beriger væsentligt vores viden om kvantematerialer i søgen efter chirale kvantefaser og om de fænomener, der opstår ved materialers overflade.

"Opdagelsen af ​​eksistensen af ​​disse kvantetilstande kan bane vejen for udviklingen af ​​en ny type elektronik, der anvender chirale strømme som informationsbærere i stedet for elektronens ladning," forklarer Federico Mazzola, en forsker i kondenseret stofs fysik ved Ca. ' Foscari Universitet i Venedig og leder af forskningen.

"Desuden kan disse fænomener have en vigtig betydning for fremtidige applikationer baseret på nye chirale optoelektroniske enheder og en stor indflydelse inden for kvanteteknologier til nye sensorer såvel som inden for biomedicinske og vedvarende energiområder."

Født fra en teoretisk forudsigelse, bekræftede denne undersøgelse direkte og for første gang eksistensen af ​​denne kvantetilstand, indtil nu gådefuld og undvigende, takket være brugen af ​​den italienske Elettra-synkrotron. Indtil nu var viden om eksistensen af ​​dette fænomen faktisk begrænset til teoretiske forudsigelser for nogle materialer. Dens observation på overfladerne af faste stoffer gør den yderst interessant for udviklingen af ​​nye ultratynde elektroniske enheder.

Forskergruppen, som omfatter nationale og internationale partnere, herunder Ca' Foscari Universitetet i Venedig, Spin Institute, CNR Materials Officina Institute og University of Salerno, undersøgte fænomenet med et materiale, der allerede er kendt af det videnskabelige samfund for dets elektroniske egenskaber og til superledende spintronik-applikationer, men den nye opdagelse har et bredere dækningsområde og er meget mere generel og anvendelig til en lang række kvantematerialer.

Disse materialer revolutionerer kvantefysikken og den nuværende udvikling af nye teknologier med egenskaber, der går langt ud over dem, der beskrives af klassisk fysik.

Flere oplysninger: Federico Mazzola, Signaturer af et overfladespin-orbitalt chiralt metal, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07033-8

Leveret af Ca' Foscari Universitetet i Venedig




Varme artikler