Los científicos descubren un nuevo estado de la materia con propiedades quirales

Los investigadores han identificado un nuevo estado cuántico de la materia con corrientes quirales, que podría revolucionar la electrónica y las tecnologías cuánticas. Este descubrimiento, confirmado mediante observación directa utilizando el sincrotrón italiano Elettra, tiene amplias aplicaciones en sensores, biomedicina y energías renovables. Crédito: SciTechDaily.com

Un grupo de investigación internacional ha identificado un nuevo estado de la materia, caracterizado por la presencia de un fenómeno cuántico conocido como corriente quiral.

Estas corrientes se generan a escala atómica mediante un movimiento cooperativo de electrones, a diferencia de los materiales magnéticos convencionales cuyas propiedades se originan en la característica cuántica de un electrón conocida como espín y su ordenamiento en el cristal.

La importancia de la quiralidad

La quiralidad es una propiedad sumamente importante en la ciencia, por ejemplo, también es esencial comprender ADN. En el fenómeno cuántico descubierto, la quiralidad de las corrientes se detectó mediante el estudio de la interacción entre la luz y la materia, en la que una corriente adecuadamente polarizada fotón Puede emitir un electrón desde la superficie del material con un estado de espín bien definido.

El descubrimiento, publicado en Naturalezaenriquece significativamente nuestro conocimiento sobre los materiales cuánticos, la búsqueda de fases cuánticas quirales y los fenómenos que ocurren en la superficie de los materiales.

Posibles aplicaciones e implicaciones.

“El descubrimiento de la existencia de estos estados cuánticos”, explica Federico Mazzola, investigador en Física de la Materia Condensada de la Universidad Ca' Foscari de Venecia y líder de la investigación, “podría allanar el camino para el desarrollo de un nuevo tipo de electrónica que Emplea corrientes quirales como portadores de información en lugar de la carga de electrones. Además, estos fenómenos podrían tener implicaciones importantes para futuras aplicaciones basadas en nuevos dispositivos optoelectrónicos quirales y un impacto importante en el campo de las tecnologías cuánticas para nuevos sensores, así como en los campos biomédico y de energías renovables”.

Descubrimiento y verificación

Nacido de una predicción teórica, este estudio comprobó directamente y por primera vez la existencia de este estado cuántico, hasta ahora enigmático y esquivo, gracias al uso del sincrotrón italiano Elettra. Hasta ahora, el conocimiento sobre la existencia de este fenómeno se limitaba a predicciones teóricas para algunos materiales. Su observación sobre las superficies de los sólidos lo hace sumamente interesante para el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos ultrafinos.

El grupo de investigación, que incluye socios nacionales e internacionales, entre ellos la Universidad Ca' Foscari de Venecia, el Spin Institute, el CNR Materials Officina Institute y la Universidad de Salerno, investigó el fenómeno de un material ya conocido por la comunidad científica por sus propiedades. electrónica. y para aplicaciones de espintrónica superconductora, pero el nuevo descubrimiento tiene un alcance más amplio, siendo mucho más general y aplicable a una amplia gama de materiales cuánticos.

Estos materiales están revolucionando la física cuántica y el actual desarrollo de nuevas tecnologías, con propiedades que van mucho más allá de las descritas por la física clásica.

Referencia: “Firmas de un metal quiral espín-orbital de superficie” por Federico Mazzola, Wojciech Brzezicki, Maria Teresa Mercaldo, Anita Guarino, Chiara Bigi, Jill A. Miwa, Domenico De Fazio, Alberto Crepaldi, Jun Fujii, Giorgio Rossi, Pasquale Orgiani , Sandeep Kumar Chaluvadi, Shyni Punathum Chalil, Giancarlo Panaccione, Anupam Jana, Vincent Polewczyk, Ivana Vobornik, Changyoung Kim, Fabio Miletto-Granozio, Rosalba Fittipaldi, Carmine Ortix, Mario Cuoco y Antonio Vecchione, 7 de febrero de 2024. Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07033-8