Investigadores del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia, en colaboración con la Universidad de Oxford, han logrado inducir quiralidad en un cristal no quiral utilizando luz terahertz. Este avance, publicado en la revista Science, marca un hito en la manipulación de la materia a nivel atómico y abre nuevas posibilidades para aplicaciones en dispositivos de memoria ultrarrápidos y plataformas optoelectrónicas avanzadas.
Chirales y antiferro-chirales: un nuevo entendimiento
La quiralidad se refiere a la propiedad de los objetos que no pueden superponerse a sus imágenes en espejo, similar a las manos humanas, que presentan una distinción clara entre izquierda y derecha. En los cristales quirales, la disposición espacial de los átomos otorga una «manosidad» específica, que influye en sus propiedades ópticas y eléctricas.
El equipo de investigación se centró en los antiferro-chirales, un tipo de cristal no quiral que recuerda a los materiales antiferromagnéticos, donde los momentos magnéticos se alinean de manera antagónica, resultando en una magnetización neta nula. Un cristal antiferro-quiral está compuesto por cantidades equivalentes de subestructuras de mano izquierda y mano derecha, lo que lo convierte en no quiral en su conjunto.
Mediante el uso de luz terahertz, los investigadores consiguieron romper este equilibrio en el material no quiral fosfato de boro (BPO4), induciendo así una quiralidad finita en una escala de tiempo ultrarrápida. Zhiyang Zeng, autor principal del estudio, explicó que «explotamos un mecanismo denominado fonónica no lineal». Este método involucra excitar un modo vibracional específico de frecuencia terahertz, desplazando la estructura del cristal a lo largo de otras coordenadas de modo en el material, creando un estado quiral que persiste durante varios picosegundos.
Un aspecto destacado de este avance es la capacidad de inducir selectivamente estructuras quirales de mano izquierda o derecha al rotar la polarización de la luz terahertz en 90 grados. «Este descubrimiento abre nuevas posibilidades para el control dinámico de la materia a nivel atómico», afirmó Andrea Cavalleri, líder del grupo de investigación. «Estamos entusiasmados por ver las aplicaciones potenciales de esta tecnología y cómo se puede utilizar para crear funcionalidades únicas».
La posibilidad de inducir quiralidad en materiales no quirales podría revolucionar diversos campos, desde la computación cuántica hasta la fabricación de dispositivos ópticos más eficientes. La investigación en este campo continúa, prometiendo innovaciones que podrían transformar nuestra comprensión y uso de la materia a nivel molecular.