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.
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.
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.
