Независимо от того, неотличим объект от своего зеркального отражения или нет, это имеет важные последствия для его физического поведения. Допустим, вы наблюдаете за баскетболистом в зеркале. Мяч, игрок и их окружение, на первый взгляд, в зеркале точно такие же, как и в реальной жизни. Но если присмотреться повнимательнее, то некоторые детали будут другими. Мяч в правой руке игрока теперь отображается в зеркале в его левой руке. Хотя на зеркальном изображении все еще видна та же рука, она явно изменилась с левой на правую или наоборот. Многие другие физические объекты также имеют зеркальные отражения, которые отличаются по ключевому аспекту, точно так же, как руки, поэтому ученые называют их ручными или хиральными (от греческого Image = рука). Другие, такие как мяч, невозможно отличить от их зеркального отражения, что делает их ахиральными.
Хиральность является одним из наиболее фундаментальных геометрических свойств и играет особую роль в биологии, химии и физике. Это может вызвать удивительные эффекты: например, одна версия молекулы карвона издает мятный запах, но ее хиральный - зеркальный - эквивалент пахнет тмином. В материаловедении проводится различие между кристаллами, в которых периодическое расположение атомов является хиральным или нет. Если это так, то электроны и электрические токи, протекающие внутри него, также должны каким-то образом отличаться от их зеркального отражения, что может привести к экзотическим реакциям и новым применениям.
Одним из примеров является диодоподобный эффект, при котором электрические токи, текущие слева направо, отличаются от тех, которые протекают справа налево, свойство, называемое электронной магнитохиральной анизотропией (eMChA). До сих пор это явление было обнаружено только в структурно киральных кристаллах. Однако теперь группа исследователей из Германии, Швейцарии и Испании сообщила о первом наблюдении этого хирального переноса в структурно ахиральном кристалле, сверхпроводнике Кагоме.3Sb5.
Квантовая головоломка столь же проста, сколь и глубока: если положение атомов в кристалле точно такое же, как в их зеркальном отражении, как возможно, что его электроны не такие? Очевидно, что в игре должен быть задействован новый механизм, выходящий за рамки простого эффекта формы, как в наших руках. В отличие от структурной хиральности, которая так же прочно запечатлена в кристалле, как и в человеческой руке, эта новая электронная хиральность может переключаться с помощью магнитных полей. Переключаемая хиральность никогда ранее не наблюдалась и вполне может найти свое применение в будущих технологиях. Ясно, что это необычное поведение напрямую связано с сильными электронными взаимодействиями. Команда предлагает модель, в которой электроны располагаются в узорах, нарушающих зеркальную симметрию, даже несмотря на то, что атомы расположены симметрично. CsV3Sb5 уже известно о многих таких взаимодействующих электронных структурах, таких как формирование нетрадиционного кирального порядка заряда, отличающегося дразнящей модуляцией заряда. Эти киральные электронные структуры могут вращаться спонтанно, вызывая орбитальный магнитный отклик, связанный с поведением, известным как "петлевые токи", как описано C. Mielke и др., Природа (2022),
CsV3Sb5 представляется фантастической песочницей для исследования коррелированных квантовых явлений, включая первый пример переключаемой электронной хиральности. Следующие шаги включают увеличение рабочего диапазона от криогенной до комнатной температуры и увеличение величины этого отклика. Очевидно, что гораздо больше можно получить от взаимодействующих систем на геометрически расстроенных решетках.
Комментарии