Ilustración de la onda de densidad de carga (CDW) y la distorsión reticular periódica (PLD) y sus simetrías en 1T-TiSe2. La simetría del sistema en su conjunto no puede ser mayor que la intersección de las dos simetrías. Como resultado, el sistema se vuelve quiral, aunque ni CDW ni PLD son quirales en sí mismos. Crédito: De Física de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02668-w
La quiralidad es una propiedad de algunas moléculas, partículas subatómicas, organismos vivos y otros sistemas físicos o biológicos. Esta propiedad implica una falta de simetría especular en las estructuras subyacentes de estos sistemas.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, el Laboratorio Nacional Argonne y otros institutos llevaron a cabo recientemente un estudio para investigar los orígenes de la quiralidad en el diseleniuro de titanio de fase 1T de dicalcogenuro de metal de transición (1T-TiSe2). Su papel, publicado en Física de la naturalezadescribe un mecanismo clave que contribuye a la formación de una onda de densidad de carga quiral en este material.
«TiSe2 «Es un material que se conoce desde 1976 y se ha estudiado exhaustivamente desde entonces», dijo a Phys.org BJ Kim, autor principal del artículo. «En particular, su estructura cristalina se ha estudiado en detalle y se ha revisado muchas veces, y todos los anteriores Los estudios sólo encontraron coherencia con el modelo estructural conocido.
«Sin embargo, si la estructura cristalina era correcta, descartaba algunas de las propiedades electrónicas muy interesantes que resultan permitidas por la ausencia de ciertas simetrías en la estructura cristalina: el principio de Neumann requiere que el cristal y las estructuras reticulares tengan la misma simetría. «
Estudios recientes reunieron amplia evidencia que sugiere que la parte de la estructura de TiSe2 relacionado con sus propiedades electrónicas (es decir, su sector electrónico) exhibe quiralidad. Específicamente, descubrieron que este sector electrónico carecía de elementos con simetría especular, un hallazgo que es inconsistente con la estructura cristalina conocida del material.
«Estábamos muy intrigados por esta inconsistencia que apunta a una posible violación de un principio fundamental», dijo Kim. «Creíamos que las ondas de densidad de carga quirales o la estructura cristalina tenían que estar equivocadas, y este fue el punto de partida de nuestro estudio. Nuestro objetivo era resolver la inconsistencia entre los sectores electrónico y reticular».
Para resolver la discrepancia informada anteriormente entre la configuración electrónica y reticular de TiSe2los investigadores realizaron primero un análisis de simetría teórica. Este análisis tenía como objetivo comprobar sistemáticamente cómo cambiaba la simetría del grupo espacial del material bajo distorsiones específicas de la red y en respuesta a la formación de ondas de densidad de carga.
Los hallazgos del equipo revelaron que la distorsión de la red y las ondas de densidad de carga en TiSe2 resultó en diferentes simetrías de grupos espaciales. Curiosamente, también demostraron que estas simetrías de grupos espaciales inducían más distorsiones de la red.
«Luego utilizamos la dispersión Raman y la dispersión inelástica de rayos X para buscar firmas de estas distorsiones adicionales de la red», explicó Kim.
«Sabíamos que la distorsión de la red iba a ser muy pequeña y sutil, por lo que en lugar de usar difracción de rayos X/neutrones que mide la posición de equilibrio de los átomos, rastreamos cómo los modos de vibración de la red (o fonones) responden a la formación de carga. ondas de densidad, de las que también se puede deducir el cambio en la simetría.»
Este estudio reciente recopiló nuevos conocimientos interesantes sobre el posible origen de la onda de densidad de carga quiral observada previamente en TiSe.2. La hipótesis basada en la teoría propuesta por los investigadores ya fue validada experimentalmente mediante técnicas ópticas y espectroscópicas, pero podría probarse más en experimentos futuros.
«La quiralidad es un fenómeno que no es exclusivo de este material, pero sí omnipresente en la naturaleza y puede encontrarse en muchos entornos diferentes, desde partículas subatómicas y moléculas hasta organismos vivos», añadió Kim.
«Los mecanismos microscópicos por los que surge la quiralidad siguen siendo desconocidos en muchos casos. Creo que el logro más notable de nuestro estudio es que encontramos por primera vez un mecanismo para la quiralidad».
Más información:
Kwangrae Kim et al, Origen de la onda de densidad de carga quiral en dicalcogenuro de metal de transición, Física de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02668-w
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Citación: Los físicos identifican el mecanismo clave detrás de la onda de densidad de carga quiral en TiSe₂ (2024, 14 de noviembre) recuperado el 14 de noviembre de 2024 de https://phys.org/news/2024-11-physicists-key-mechanism-chiral-density.html
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