Uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Departamento de Matéria Quântica Microestruturada do MPSD relata a primeira observação de transporte quiral comutável em um cristal estruturalmente aquiral, o supercondutor Kagome CsV 3 Sb 5 . Seu trabalho foi publicado na Nature .

Se um objeto é ou não indistinguível de sua imagem especular tem consequências importantes para seu comportamento físico. Digamos que você assista a um jogador de basquete no espelho. A bola, o jogador e seus arredores são, à primeira vista, iguais no espelho e na vida real. Mas se observado de perto, alguns detalhes são diferentes. A bola na mão direita do jogador agora aparece na mão esquerda no espelho. Embora a imagem espelhada ainda mostre a mesma mão, ela mudou claramente da mão esquerda para a direita ou vice-versa. Muitos outros objetos físicos também têm imagens espelhadas que diferem em um aspecto fundamental, assim como as mãos, razão pela qual os cientistas as chamam de mão ou quiral (do grego ???? = mão). Outros, como a bola, não podem ser distinguidos de sua imagem espelhada, o que os torna aquirais.

A quiralidade é uma das propriedades geométricas mais fundamentais e desempenha um papel especial na biologia, química e física. Pode causar efeitos surpreendentes: uma versão da molécula de carvona, por exemplo, produz um cheiro de hortelã, mas seus cheiros quirais – espelhados – equivalentes de cominho.

Na ciência dos materiais , distingue-se entre cristais em que o arranjo periódico dos átomos é quiral ou não. Se for, os elétrons e as correntes elétricas que fluem dentro dele também devem diferir de alguma forma de sua imagem especular, uma propriedade que pode levar a respostas exóticas e novas aplicações. Um exemplo é um efeito do tipo diodo onde as correntes elétricas que fluem da esquerda para a direita são diferentes daquelas que fluem da direita para a esquerda, uma propriedade chamada anisotropia magneto-quiral eletrônica (eMChA). Até agora, esse fenômeno só foi encontrado em cristais estruturalmente quirais.

Agora, no entanto, uma equipe de pesquisa internacional relatou a primeira observação deste transporte quiral em um cristal estruturalmente aquiral, o supercondutor Kagome CsV 3 Sb 5 . A equipe envolveu cientistas do MPSD e do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos (Alemanha), EPFL e da Universidade de Zurique na Suíça, da Universidade do País Basco (Espanha) e da Universidade de Qingdao na China.

O quebra-cabeça quântico é tão simples quanto profundo: se as posições atômicas no cristal são exatamente as mesmas de sua imagem especular , como é possível que seus elétrons não sejam? Claramente, um novo mecanismo além de um simples efeito de forma como em nossas mãos deve estar em jogo. Ao contrário da quiralidade estrutural, que está tão firmemente impressa em um cristal quanto em uma mão humana, essa nova quiralidade eletrônica pode ser comutada usando campos magnéticos. A quiralidade comutável nunca foi observada antes e pode muito bem encontrar sua aplicação em tecnologia futura.

É claro que esse comportamento incomum está diretamente ligado às fortes interações eletrônicas. A equipe propõe um modelo no qual os elétrons se organizam em padrões que violam a simetria do espelho, mesmo que os átomos estejam dispostos simetricamente.

CsV 3 Sb 5 já é conhecido por muitas dessas estruturas eletrônicas de interação, como a formação de uma ordem de carga quiral não convencional com uma modulação de carga tentadora. Essas estruturas eletrônicas quirais podem girar espontaneamente, causando uma resposta magnética orbital associada a um comportamento conhecido como "correntes de loop", conforme descrito por C. Mielke et al., Nature 2022.

CsV 3 Sb 5 parece ser uma caixa de areia fantástica para investigar fenômenos quânticos correlacionados, incluindo o primeiro exemplo de quiralidade eletrônica comutável. As próximas etapas incluem aumentar a faixa operacional de criogênica para temperatura ambiente e aumentar a magnitude dessa resposta. Claramente, muito mais está por vir de sistemas interativos em redes geometricamente frustradas.