La quiralidad es una propiedad fundamental de la materia que determina muchos fenómenos biológicos, químicos y físicos. Por ejemplo, los sólidos quirales ofrecen interesantes oportunidades para la catálisis, la detección y los dispositivos ópticos al permitir interacciones únicas con moléculas quirales y luz polarizada. Sin embargo, estas propiedades se establecen cuando se cultiva el material, lo que significa que los enantiómeros izquierdo y derecho no se pueden intercambiar sin fundir y recristalizar.
Investigadores del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) y la Universidad de Oxford han demostrado que la luz de terahercios puede inducir quiralidad en cristales no quirales, permitiendo cambiar los enantiómeros diestros o zurdos según sea necesario. surgir. Búsqueda, reportada en Cienciaabren posibilidades interesantes para explorar nuevos fenómenos de desequilibrio en materiales complejos.
Caritativo se refiere a objetos que no pueden superponerse en sus imágenes especulares mediante ninguna combinación de rotaciones o traslaciones, como las manos humanas izquierda y derecha. En los cristales quirales, la disposición espacial de los átomos les confiere una cierta “orientación” que, por ejemplo, afecta a sus propiedades ópticas y eléctricas.
El equipo de Hamburgo-Oxford se centró en los llamados antiferroquirales, un tipo de cristal no quiral que recuerda a los materiales antiferromagnéticos, en los que los momentos magnéticos se disipan en antialineación en un patrón escalonado que conduce a la red de terminación que conduce a la magnetización. Una celda unitaria de cristal antiferroquiral contiene cantidades iguales de estructuras diestras y zurdas, lo que la hace en general no quiral.
El equipo de investigación, dirigido por Andrea Cavalieri, utilizó luz de terahercios para alterar este equilibrio en el material no quiral fosfato de boro (BPO).4), incorporando así quiralidad limitada en escalas de tiempo ultrarrápidas. “Explotamos un mecanismo llamado fonónica no lineal”, dice Xiang Zheng, autor principal del trabajo. “Mediante un modo de vibración específico de frecuencia de terahercios, que desplaza la red cristalina junto con las coordenadas de otros modos en el material, creamos un estado quiral que sobrevive durante varios picosegundos”, añadió. “Específicamente, al rotar la polarización de la luz de terahercios 90 grados, podemos inducir selectivamente estructuras circulares izquierdas o derechas”, dice el coautor Michael Furst.
“Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para el control dinámico de la materia a nivel atómico”, afirma Andrea Cavalieri, líder del grupo MPSD. “Estamos entusiasmados de ver las aplicaciones potenciales de esta tecnología y cómo se puede utilizar para crear eficiencias únicas. La capacidad de inducir quiralidad en materiales no quirales podría conducir a dispositivos de memoria ultrarrápidos o incluso a optoelectrónicas más sofisticadas. Puede conducir a nuevas aplicaciones entre plataformas.”
Este trabajo fue financiado por la Deutsche Forschungsgemeinschaft a través del programa de excelencia ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’. MPSD es miembro del Centro para la Ciencia del Láser de Electrones Libres (CFEL), una empresa conjunta con Desi y la Universidad de Hamburgo.
