Η «χειροµορφία» ή «χειραλικότητα» – η ιδιότητα ενός αντικειμένου που διαφέρει από την εικόνα του στον καθρέφτη του – έχει μαγνητίσει επί μακρόν τους επιστήμονες σε τομείς όπως η βιολογία, η χημεία και η φυσική.
Το φαινόμενο ονομάζεται μερικές φορές «handedness», επειδή αναφέρεται σε ένα αντικείμενο που έχει μια ξεχωριστή αριστερόχειρα ή δεξιόχειρα μορφή. Πρόκειται για μια καθολική ποιότητα που απαντάται σε διάφορα επίπεδα της φύσης, από μόρια και αμινοξέα μέχρι την διάσημη διπλή έλικα του DNA και τα σπειροειδή μοτίβα των κελυφών σαλιγκαριών.
Χειραλικότητα: Τι είναι και τι συνεπάγεται
Τώρα, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Princeton έχουν εντοπίσει μια κρυφή κατάσταση κβαντικής χειραλικότητας σε ένα υλικό που προηγουμένως θεωρούνταν μη-χειραλικό. Η ανακάλυψη αυτή φωτίζει μια έντονη συζήτηση στην κοινότητα της φυσικής και διευρύνει την κατανόησή μας σχετικά με το τι είναι δυνατόν στον κβαντικό τομέα.
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο «Nature Communications», η ομάδα με επικεφαλής τον M. Zahid Hasan, καθηγητή Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Princeton, χρησιμοποίησε ένα νέο αναπτυγμένο «scanning photocurrent microscope (SPCM)» για να αποκαλύψει τις «εξαφανισμένες» συμμετρίες που βρίσκονται κάτω από ένα «charge density wave».
Νέες προοπτικές στην κατανόηση των τοπολογικών υλικών
Τα ευρήματά τους βοηθούν στο να κατασταλάξει μια μακροχρόνια συζήτηση σχετικά με το αν τέτοια υλικά μπορούν αυτόματα να «σπάζουν» τη συμμετρία και να σχηματίζουν χειραλικά κβαντικά επίπεδα – μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για «νεές τεχνολογίες κβαντικής» τεχνολογίας.
Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει παρόμοιο φαινόμενο σε μη-τοπολογικά συστήματα, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που τέτοια χειραλική συμμετρία σπάει σε ένα «bulk topological quantum» υλικό.
Το «Kagome lattice» και η σημασία του στην εξερεύνηση των «εξωτικών κβαντικών φάσεων»
Το Kagome lattice είναι ένα δισδιάστατο γεωμετρικό μοτίβο που αποτελείται από τρίγωνα που μοιράζονται γωνίες. Ονομάζεται έτσι από ένα παραδοσιακό ιαπωνικό καλάθι από μπαμπού με πλέξη. Αυτό το μοτίβο έχει μακρά ιστορία ως βασικό πλαίσιο για την εξερεύνηση «exotic quantum phases».
Για πολλά χρόνια θεωρούνταν ότι το Kagome ήταν «μή-χειραλικό», δηλαδή χωρίς χειραλική ιδιότητα. Ωστόσο, το 2021, η ομάδα του Hasan χρησιμοποίησε ένα υψηλής ανάλυσης «scanning tunneling microscope (STM)» και διαπίστωσε ότι, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, το KV₃Sb₅ σχηματίζει αυτόματα ένα «charge density wave»-μια περιοδική διαμόρφωση ηλεκτρονικής πυκνότητας.
Αυτή η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο Nature, άνοιξε ερωτήματα σχετικά με το αν η «χειραλικότητα» σε μορφή «εντολής φόρτισης» θα μπορούσε να εμφανιστεί πάνω σε ένα μη-χειραλικό Kagome lattice. Το άρθρο αυτό θεωρείται ένα από τα πλέον αναφερόμενα στην επιστημονική κοινότητα, λόγω των ερωτημάτων που προκαλεί.