Как заставить несимметричный кристалл стать симметричным с помощью света?

В мире природы существует удивительное свойство, называемое хиральностью, которое проявляется, когда объект не совпадает со своим зеркальным отражением, подобно паре человеческих рук. Хиральность играет ключевую роль в различных областях, от молекулярной биологии до физики материалов.
Как заставить несимметричный кристалл стать симметричным с помощью света?
Изображение носит иллюстративный характер

В контексте кристаллов, хиральность возникает из-за определенного расположения атомов в кристаллической решетке. Такие хиральные кристаллы обладают «рукостью», влияющей на их оптические и электрические свойства.

Однако существует особый класс кристаллов, называемых антиферро-хиралами, которые, на первый взгляд, не обладают хиральностью. Эти материалы напоминают антиферромагнетики, где магнитные моменты атомов направлены в противоположные стороны, компенсируя друг друга и приводя к нулевой общей намагниченности. Аналогично, антиферро-хиральные кристаллы содержат в своей элементарной ячейке равное количество лево- и право-закрученных подструктур, что в целом делает их нехиральными.

Недавно группа ученых из Гамбурга и Оксфорда, под руководством Андреа Кавальери из Института структурной и динамической материи Общества Макса Планка (MPSD), совершила прорыв в управлении хиральностью материалов. Исследователи использовали импульсы терагерцового света для индуцирования хиральности в нехиральном материале – фосфате бора (BPO4).

Удивительным является то, что индуцированная хиральность возникает на сверхбыстрых временных масштабах, существуя всего несколько пикосекунд. Этот процесс основан на механизме, получившем название «нелинейная фононика».

Ведущий автор исследования, Жиянг Зенг, объясняет механизм следующим образом: возбуждение определенной колебательной моды терагерцовой частоты приводит к смещению кристаллической решетки вдоль координат других мод. В результате этого процесса возникает хиральное состояние.

Важным аспектом открытия является возможность управления «рукостью» индуцированной хиральности. Майкл Фёрст, соавтор исследования, поясняет, что поворот поляризации терагерцового света на 90 градусов позволяет селективно индуцировать либо лево-, либо право-закрученную хиральную структуру.

Андреа Кавальери, руководитель группы в MPSD, подчеркивает значимость этого открытия для динамического контроля над материей на атомном уровне. Потенциальные применения этого метода охватывают широкий спектр областей.

Среди наиболее перспективных направлений – разработка сверхбыстрых устройств памяти, в которых информация записывается и считывается за пикосекунды, а также создание новых, более сложных оптоэлектронных платформ.

Результаты этого новаторского исследования были опубликованы в журнале Science в 2025 году (DOI: 10.1126/science.adr4713) в статье под названием «Фотоиндуцированная хиральность в нехиральном кристалле» (Z. Zeng et al.).

Это открытие открывает новые горизонты в управлении свойствами материалов с помощью света и может привести к революционным технологиям в будущем.


Новое на сайте

20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому... 20850Как GitHub закрыл лазейку, угрожавшую тысячам npm-пакетов? 20849Hirudo подменяет банковские приложения, чтобы обойти их защиту 20848Как Vghost превратил старую ошибку Linux в путь к root? 20847Уязвимости в PAN-OS и Cisco Secure Email Gateway уже используют атакующие 20846Как уязвимость GitLab могла открыть сервер для чужого кода? 20845Уязвимость SAP Cloud SDK могла отправить OAuth2-секреты злоумышленнику 20844Уязвимость в Nextcloud открыла путь к веб-оболочкам на серверах 20843Смогут ли малые ИИ-модели превратить бытовую технику в ботнет? 20842Пять уязвимостей NGINX: кому грозит риск и как закрыть его 20841Тайный диктофон в OpenAI: что утверждают следователи 20840Как проверять уязвимость входа, не заходя дальше дозволенного?
Ссылка