Materiales cuánticos:un nuevo estado de la materia con propiedades quirales

ARPES con resolución de giro CP. un , EDC tomados en seis momentos seleccionados (±k _yo , donde i = 1, 2 o 3) con espines fijos y polarizaciones circulares. En particular, las curvas naranjas se obtienen midiendo los EDC en valores k positivos. valores, luz polarizada circularmente a la derecha y canal de giro (C ⁺ (k , ↑)), mientras que las curvas verdes se obtienen con k negativo. valores, luz polarizada circularmente a la izquierda y canal de giro hacia abajo (C ⁺ (-k , ↓)). b , Espectros ARPES con espín invertido y configuraciones de luz polarizada circularmente. Las curvas naranjas se refieren a C ⁺ (-k , ↑), mientras que las curvas verdes se obtienen para C ^- (k , ↓). c , Imagen ARPES indicando la k valores a los que se han tomado los EDC. Se observa que las configuraciones en a y b muestran una diferencia que es mayor que la incertidumbre experimental. d , Las amplitudes del dicroísmo circular (en k resumidos para ver el residual real) se informan tanto para mediciones integradas por espín como para mediciones resueltas por espín. Los datos muestran que la señal integrada por espín (curva gris) muestra un valor finito tan grande como el 10% (que también es similar a la incertidumbre experimental del 8%, como se muestra en la ref. ³⁹ ), pero los canales con resolución de espín muestran una amplitud notablemente mayor, por un factor de 2 y 3 para los canales ascendentes y descendentes, respectivamente. Los valores de amplitud se han extraído de los datos que se muestran en a y b y en la Fig. 3 de datos extendidos, después de incluir la función de Sherman y calcular la polarización de espín verdadera, como se describe en Métodos. El otro indicó k Los puntos, así como la amplitud dicroica en términos de la curva de distribución de momento, se muestran en las figuras de datos ampliados. 4 y 5, y corroboran la validez de nuestro resultado. Crédito:Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8

Un grupo de investigación internacional ha descubierto un nuevo estado de la materia caracterizado por la existencia de un fenómeno cuántico llamado 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 quiralidad es una propiedad de suma importancia en la ciencia, por ejemplo, es fundamental también para comprender el ADN. En el fenómeno cuántico descubierto, la quiralidad de las corrientes se detectó estudiando la interacción entre la luz y la materia, en la que un fotón adecuadamente polarizado puede emitir un electrón desde la superficie del material con un estado de espín bien definido.

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

"El descubrimiento de la existencia de estos estados cuánticos puede allanar el camino para el desarrollo de un nuevo tipo de electrónica que utilice corrientes quirales como portadores de información en lugar de la carga del electrón", explica Federico Mazzola, investigador en física de la materia condensada del Ca ' Universidad Foscari de Venecia y líder de la investigación.

"Además, estos fenómenos podrían tener una implicación importante para futuras aplicaciones basadas en nuevos dispositivos optoelectrónicos quirales, y un gran impacto en el campo de las tecnologías cuánticas para nuevos sensores, así como en el campo biomédico y de las energías renovables."

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, de hecho, 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 como 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 electrónicas. 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 desarrollo actual de nuevas tecnologías, con propiedades que van mucho más allá de las descritas por la física clásica.

Más información: Federico Mazzola, Firmas de un metal quiral orbital-espín superficial, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07033-8. www.nature.com/articles/s41586-024-07033-8

Proporcionado por la Universidad Ca' Foscari de Venecia

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Física