Innovazione nella Fisica dei Materiali
Una recente innovazione nel campo della fisica dei materiali ha portato alla creazione di stati chirali in materiali precedentemente considerati non chirali. Questo è stato possibile grazie all’uso della luce terahertz, rappresentando un passo significativo verso nuove applicazioni tecnologiche. La chiralità è una caratteristica fondamentale della materia, essenziale in numerosi processi biologici, chimici e fisici.
Importanza della Chiralità nei Materiali
Nei solidi chirali, la chiralità consente interazioni uniche con molecole chirali e luce polarizzata. Questi materiali sono particolarmente preziosi per applicazioni in vari ambiti, tra cui:
- Catalisi
- Sensoristica
- Dispositivi ottici
Tuttavia, la chiralità in questi materiali è generalmente fissa e non può essere modificata una volta che il cristallo è stato formato. In altre parole, una volta che un cristallo è cresciuto, le sue forme enantiomere, ovvero sinistra e destra, non possono essere invertite senza un processo di fusione e ricristallizzazione.
Scoperta del Team di Ricercatori
Un team di ricercatori dell’Istituto Max Planck per la Struttura e la Dinamica della Materia (MPSD) e dell’Università di Oxford ha recentemente scoperto un metodo innovativo per indurre la chiralità in un cristallo non chirale utilizzando la luce terahertz. Questa scoperta consente di generare enantiomeri sinistri o destri su richiesta, aprendo nuove opportunità per lo studio e il controllo di materiali complessi in condizioni di non equilibrio.
Chiralità e Struttura Cristallina
La chiralità descrive oggetti che non possono essere sovrapposti alle loro immagini speculari. Un esempio quotidiano è rappresentato dalle mani, che non possono essere allineate perfettamente l’una sull’altra. Nei cristalli chirali, la disposizione degli atomi conferisce al materiale una specifica “destra” o “sinistra”, influenzando proprietà fondamentali come l’interazione con la luce e l’elettricità.
Il gruppo di ricerca Hamburg-Oxford ha studiato cristalli non chirali, noti come antiferro-chirali, che presentano analogie con materiali antiferromagnetici. In un cristallo antiferro-chirale, le sottostrutture sinistre e destre sono presenti in quantità uguali, rendendo l’intera struttura non chirale.
Induzione della Chiralità con Luce Terahertz
Il team di ricerca, guidato da Andrea Cavalleri, ha utilizzato la luce terahertz per alterare l’equilibrio del fosfato di boro (BPO4), inducendo una chiralità finita su una scala temporale ultrarapida. “Utilizziamo un meccanismo noto come fononica non lineare”, spiega Zhiyang Zeng, primo autore dello studio. “Eccitando una modalità vibratoria specifica, siamo riusciti a generare uno stato chirale che persiste per diversi picosecondi”.
Un aspetto interessante di questa ricerca è la capacità di indurre selettivamente una struttura chirale sinistra o destra semplicemente ruotando la polarizzazione della luce terahertz di 90 gradi.
Prospettive Future e Applicazioni Potenziali
Questa scoperta apre la strada a nuove possibilità per il controllo dinamico della materia a livello atomico. Andrea Cavalleri afferma: “Siamo entusiasti di esplorare le potenziali applicazioni di questa tecnologia per sviluppare funzionalità uniche”.
La capacità di indurre chiralità in materiali non chirali potrebbe portare a innovazioni in:
- Dispositivi di memoria ultrarapida
- Piattaforme optoelettroniche avanzate
Il lavoro, intitolato “Chiralità indotta da foto in un cristallo non chirale”, è stato pubblicato sulla rivista Science. Questo progetto ha ricevuto supporto finanziario dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft attraverso il Cluster di Eccellenza “CUI: Advanced Imaging of Matter”. Inoltre, il MPSD è parte integrante del Center for Free-Electron Laser Science (CFEL).
Fonti e Riferimenti dell'Articolo: