La tensión hace que los cristales no quirales giren a la izquierda o a la derecha a pedido

Los investigadores han descubierto un método innovador para manipular la quiralidad en cristales no quirales utilizando tensión mecánica, ofreciendo un nuevo enfoque para diseñar materiales con la mano deseada bajo demanda. Según los hallazgos publicados en Nature, los científicos del Instituto Max Planck para la Estructura y la Dinámica de la Materia (MPSD) y la Universidad de Oxford demostraron que la aplicación de un estrés mecánico controlado puede transformar cristales simétricos en estructuras que exhiben quiralidad izquierda o derecha. Este descubrimiento introduce una nueva clase de materiales conocidos como sustancias piezoquirales, donde la quiralidad no es inherentemente fija, pero se puede cambiar a través de fuerzas externas.

El concepto de quiralidad se refiere a la incapacidad de un objeto de ser superpuesto a su imagen especular, similar a cómo una mano izquierda no puede alinearse perfectamente con una mano derecha. La quiralidad juega un papel crucial en la determinación del comportamiento de la luz, los electrones, e incluso las interacciones bioquímicas dentro de las estructuras cristalinas. Tradicionalmente, lograr la quiralidad requería una síntesis química compleja o condiciones de crecimiento específicas. Sin embargo, este estudio reciente muestra que la deformación mecánica por sí sola puede inducir tales propiedades en materiales que anteriormente se consideraban achirales.

Zhiyang Zeng, autor principal del estudio, explicó que a diferencia de otras propiedades de materiales como la polarización o la magnetización, que tienen métodos bien establecidos para la manipulación, la quiralidad había permanecido elusiva en términos de control externo directo.

Michael Först, coautor del artículo, enfatizó que la reversibilidad del proceso permite la generación, eliminación y selección repetidas de configuraciones quirales. Esta capacidad podría conducir a materiales dinámicos cuyas propiedades cambian en respuesta a entradas mecánicas, abriendo posibilidades para tecnologías adaptativas y dispositivos receptivos. El equipo de investigación desarrolló un modelo teórico integral para identificar bajo qué condiciones se manifestaría el efecto piezoquiral en varios sistemas de cristal.

Este recurso permite a los investigadores globales investigar y desarrollar materiales piezoquirales adaptados a aplicaciones específicas. " Destacó su potencial para influir en una amplia gama de materiales, incluidas películas delgadas y sólidos a granel, lo que permite la creación de nuevas propiedades quirales como la superconductividad. Este avance podría revolucionar campos que van desde la electrónica hasta los productos farmacéuticos, donde el control de la manipulación molecular es crítico. Las implicaciones de este descubrimiento se extienden más allá de la ciencia fundamental. Con la capacidad de alterar dinámicamente la quiralidad, los ingenieros podrían diseñar materiales que se adapten a los cambios ambientales o realicen funciones especializadas basadas en estímulos mecánicos.

Por ejemplo, los materiales piezoquirales podrían integrarse en sensores, actuadores o dispositivos de recolección de energía que responden a las tensiones físicas en tiempo real. El estudio subraya la importancia de la deformación mecánica como herramienta para manipular las propiedades de los materiales a escala atómica. Mientras que los esfuerzos anteriores se centraron en alterar las características eléctricas o magnéticas a través de la tensión, este trabajo amplía el alcance para incluir la asimetría estructural. A medida que los investigadores continúan explorando el efecto piezoquiral, pueden descubrir formas adicionales de aprovechar las fuerzas mecánicas para aplicaciones tecnológicas avanzadas.

La publicación de esta investigación marca un importante paso adelante en la comprensión y utilización de la quiralidad en la ciencia de los materiales.