Chiralność występuje między innymi w podwójnej helisie DNA bądź spiralnych wzorach na muszlach ślimaków. W odniesieniu do przełomu dokonanego przez autorów nowych badań mówi się natomiast o odkryciu nieznanego wcześniej chiralnego stanu kwantowego w materiale, który miał być niechiralny. Przedstawiciele Uniwersytetu w Princeton piszą o przebiegu zorganizowanych eksperymentów na łamach Nature Communications.
Czytaj też: Ten tajemniczy materiał zrewolucjonizuje komputery kwantowe. Tak to można przechowywać informacje
Materiał znany jako KV3Sb5 był przez długi czas uznawany za niechiralny, lecz w świetle ostatnich doniesień sytuacja uległa zmianie. Członkowie zespołu badawczego skorzystali w tym celu ze skaningowego mikroskopu fotoprądowego, który umożliwił im wykrycie złamanych symetrii w fali gęstości ładunku. Objęty badaniami materiał topologiczny posiada strukturę sieci Kagome, a wyciągnięte wnioski mogą mieć przełożenie na rozwój technologii kwantowych.
Fizycy udzielili bowiem odpowiedzi na pojawiające się od dawna pytanie: czy takie materiały mogą spontanicznie łamać symetrię, tworząc chiralne stany kwantowe? Wcześniej taki fenomen wykryto w układach nietopologicznych, lecz w tym przypadku doszło do historycznego sukcesu. Miał on postać powtórzenia tego wyczynu w odniesieniu do topologicznego materiału kwantowego.
Chiralny stan kwantowy w materiale KV3Sb5 został zaobserwowany dzięki wykorzystaniu skaningowego mikroskopu fotoprądowego
Sieć Kagome ma postać dwuwymiarowego wzoru geometrycznego tworzonego przez połączone ze sobą trójkąty. Dotychczas zakładano, iż jest on z natury achiralny, lecz w 2021 roku doszło do przełomu. Nastąpił przy udziale skaningowego mikroskopu tunelowego o wysokiej rozdzielczości. Stanowiło to wstęp do dalszych działań, których efekty obserwujemy teraz.
Kluczem w tym zakresie był skaningowy mikroskop fotoprądowy pozwalający na wykrywanie nieliniowej odpowiedzi elektromagnetycznej KV3Sb5 w świetle spolaryzowanym kołowo. Kiedy próbki były przechowywane w normalnych temperaturach, fotoprąd nie wykazywał preferencji między prawoskrętnym a lewoskrętnym światłem kołowym. Kiedy jednak temperatura została obniżona, fotoprąd stał się skręcony, co stanowi wyraźny dowód na chiralność.
Czytaj też: Półprzewodniki, które przeczą prawom fizyki? Naukowcy rozwikłali wielką zagadkę
Korzyści płynące z przeprowadzonych eksperymentów powinny mieć wpływ na technologie optoelektroniczne i fotowoltaiczne. Łamanie symetrii i określenie, w jakich warunkach ma ono miejsce, będzie miało przełożenie na zrozumienie koncepcji fizycznych pokroju przemian fazowych, magnetyzmu, nadprzewodnictwa oraz zjawisk topologicznych. Dostęp do zaawansowanych instrumentów sprawia natomiast, że fizycy z pewnością nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa.