Lo sforzo trasforma i cristalli non chirali a sinistra o a destra su richiesta

I ricercatori hanno scoperto un metodo innovativo per manipolare la chiralità in cristalli non chiral usando lo sforzo meccanico, offrendo un nuovo approccio per progettare materiali con la manualità desiderata su richiesta. Secondo i risultati pubblicati su Nature, gli scienziati del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) e dell'Università di Oxford hanno dimostrato che l'applicazione di una sollecitazione meccanica controllata può trasformare cristalli altrimenti simmetrici in strutture che mostrano chiralità sinistra o destra. Questa scoperta introduce una nuova classe di materiali noti come sostanze piezochiral, in cui la chiralità non è intrinsecamente fissa ma può essere attivata attraverso forze esterne.

Il concetto di chiralità si riferisce all'incapacità di un oggetto di essere sovrapposto alla sua immagine speculare, simile a come una mano sinistra non può allinearsi perfettamente con una mano destra.

Zhiyang Zeng, autore principale dello studio, ha spiegato che a differenza di altre proprietà dei materiali come la polarizzazione o la magnetizzazione, che hanno metodi ben consolidati per la manipolazione, la chiralità è rimasta sfuggente in termini di controllo esterno diretto.

Michael Först, coautore dell'articolo, ha sottolineato che la reversibilità del processo consente la generazione ripetuta, la rimozione e la selezione di configurazioni chirali. Questa capacità potrebbe portare a materiali dinamici le cui proprietà cambiano in risposta agli input meccanici, aprendo possibilità per tecnologie adattive e dispositivi reattivi. Il team di ricerca ha sviluppato un modello teorico completo per identificare in quali condizioni l'effetto piezochirico si manifesterebbe in vari sistemi cristallini. Sulla base di questo modello, hanno compilato un database ad accesso aperto che elenca potenziali candidati per ulteriori esplorazioni.

Questa risorsa consente ai ricercatori globali di studiare e sviluppare materiali piezochirali su misura per applicazioni specifiche. " Ha evidenziato il suo potenziale di influenzare una vasta gamma di materiali, comprese le pellicole sottili e i solidi di massa, consentendo la creazione di nuove proprietà chirali come la superconduttività. Questo progresso potrebbe rivoluzionare campi che vanno dall'elettronica ai prodotti farmaceutici, dove il controllo della manualità molecolare è fondamentale. Le implicazioni di questa scoperta si estendono oltre la scienza fondamentale. Con la capacità di alterare dinamicamente la chiralità, gli ingegneri potrebbero progettare materiali che si adattano ai cambiamenti ambientali o svolgono funzioni specializzate basate su stimoli meccanici.

Ad esempio, i materiali piezochirali potrebbero essere integrati in sensori, attuatori o dispositivi di raccolta di energia che rispondono a sollecitazioni fisiche in tempo reale. Lo studio sottolinea l'importanza della deformazione meccanica come strumento per manipolare le proprietà dei materiali a scala atomica. Mentre gli sforzi precedenti si sono concentrati sull'alterazione delle caratteristiche elettriche o magnetiche attraverso lo sforzo, questo lavoro espande il campo di applicazione per includere l'asimmetria strutturale.

La pubblicazione di questa ricerca segna un significativo passo avanti nella comprensione e nell'utilizzo della chiralità nella scienza dei materiali.