Strain dreht nicht-chiral Kristalle links- oder rechts auf Anforderung

Forscher haben eine bahnbrechende Methode zur Manipulation der Chiralität in nicht-chiralen Kristallen mittels mechanischer Belastung entdeckt, die einen neuen Ansatz bietet, Materialien mit gewünschter Handhaftigkeit nach Bedarf zu konstruieren. Nach den in Nature veröffentlichten Erkenntnissen haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) und der Universität Oxford gezeigt, dass die Anwendung von kontrollierter mechanischer Belastung sonst symmetrische Kristalle in Strukturen verwandeln kann, die entweder eine linke oder rechte Chiralität aufweisen. Diese Entdeckung führt eine neue Klasse von Materialien ein, die als piezochiral Substanzen bekannt sind, bei denen die Chiralität nicht inhärent fixiert ist, sondern durch externe Kräfte umgeschaltet werden kann.

Das Konzept der Chiralität bezieht sich auf die Unfähigkeit eines Objekts, auf sein Spiegelbild überlagert zu werden, ähnlich wie eine linke Hand nicht perfekt mit einer rechten Hand ausgerichtet sein kann. Chiralität spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Verhaltens von Licht, Elektronen und sogar biochemischen Wechselwirkungen innerhalb kristalliner Strukturen. Traditionell erforderte das Erreichen von Chiralität komplexe chemische Synthese oder spezifische Wachstumsbedingungen.

Zhiyang Zeng, der Hauptautor der Studie, erklärte, dass die Chiralität im Gegensatz zu anderen Materialeigenschaften wie Polarisierung oder Magnetisierung, die gut etablierte Methoden zur Manipulation haben, in Bezug auf eine direkte externe Kontrolle schwer fassbar geblieben ist.

Michael Först, ein Co-Autor des Papiers, betonte, dass die Reversibilität des Prozesses die wiederholte Erzeugung, Entfernung und Auswahl chiraler Konfigurationen ermöglicht. Diese Fähigkeit könnte zu dynamischen Materialien führen, deren Eigenschaften sich als Reaktion auf mechanische Eingänge ändern, was Möglichkeiten für adaptive Technologien und reaktive Geräte eröffnet. Das Forschungsteam entwickelte ein umfassendes theoretisches Modell, um zu identifizieren, unter welchen Bedingungen sich der piezochiral Effekt in verschiedenen Kristallsystemen manifestieren würde. Basierend auf diesem Modell erstellten sie eine Open-Access-Datenbank mit potenziellen Kandidaten für weitere Erforschung.

Diese Ressource ermöglicht es globalen Forschern, piezochirale Materialien zu untersuchen und zu entwickeln, die auf spezifische Anwendungen zugeschnitten sind. " Er hob sein Potenzial hervor, eine breite Palette von Materialien zu beeinflussen, einschließlich dünner Schichten und Massenfesten Stoffen, wodurch neue chiral Eigenschaften wie Supraleitung geschaffen werden können. Dieser Fortschritt könnte Bereiche von der Elektronik bis zur Pharmaindustrie revolutionieren, wo die Kontrolle der molekularen Handlichkeit entscheidend ist. Die Auswirkungen dieser Entdeckung gehen über die Grundlagen der Wissenschaft hinaus. Mit der Fähigkeit, die Chiralität dynamisch zu verändern, könnten Ingenieure Materialien entwickeln, die sich an Umweltveränderungen anpassen oder spezialisierte Funktionen auf der Grundlage mechanischer Reize ausführen.

Die Studie unterstreicht die Bedeutung der mechanischen Verformung als Werkzeug zur Manipulation der Materialeigenschaften im atomaren Maßstab. Während sich frühere Bemühungen darauf konzentrierten, elektrische oder magnetische Eigenschaften durch Dehnung zu verändern, erweitert diese Arbeit den Umfang um strukturelle Asymmetrie.

Die Veröffentlichung dieser Forschung ist ein bedeutender Schritt vorwärts im Verständnis und der Nutzung der Chiralität in der Materialwissenschaft. Wissenschaftler auf der ganzen Welt werden wahrscheinlich auf dieser Grundlage innovative Lösungen entwickeln, die die neu entdeckte Fähigkeit zur Kontrolle der Handhaftigkeit durch mechanische Mittel nutzen.