تغییر ساختار مواد با نور تراهرتز برای اولین بار

دانشمندان دانشگاه آکسفورد و مؤسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده موفق به کشف روشی برای القای کیرالیته در مواد غیر کیرال با استفاده از نور تراهرتز شده‌اند.

به گزارش ساینس دیلی، این پیشرفت که با تغییر ساختار شبکه بلوری در مقیاس‌های زمانی فوق سریع انجام می‌شود، می‌تواند کاربرد‌های نوینی در حوزه حافظه‌های فوق سریع و اپتوالکترونیک ایجاد کند و کنترل دینامیکی ویژگی‌های مواد را متحول سازد.

القای کیرالیته در مواد غیر کیرال

کیرالیته یکی از ویژگی‌های اساسی ماده است که در فرآیند‌های زیستی، شیمیایی و فیزیکی نقش کلیدی ایفا می‌کند. این خاصیت به اجسامی اطلاق می‌شود که تصویر آینه‌ای آنها با نسخه اصلی قابل انطباق نیست، مشابه تفاوت بین دست چپ و راست. در بلور‌های کیرال، نحوه چینش اتم‌ها موجب ایجاد «جهت‌گیری دست‌سان» خاصی می‌شود که می‌تواند بر تعامل ماده با نور و الکتریسیته تأثیر بگذارد.

بر اساس تحقیقات منتشرشده در ژورنال Science در ۲۳ ژانویه، تیم تحقیقاتی آکسفورد و هامبورگ توانستند کیرالیته را در یک ماده غیر کیرال (بورون فسفات - BPO₄) از طریق نور تراهرتز و در مقیاس‌های زمانی فوق سریع القا کنند. این دستاورد در پی پیش‌بینی‌های نظری پائولو جی. رادائلی، استاد فیزیک دانشگاه آکسفورد، در سال ۲۰۱۸ حاصل شد.

همکاری میان رادائلی و آندریا کاوالری از ماکس پلانک منجر به انجام آزمایش‌های پیشرفته‌ای برای آزمودن این نظریه شد.

تحقق القای فوق سریع کیرالیته

در این مطالعه، محققان با بهره‌گیری از مکانیزمی به نام فونونیک غیرخطی، یک حالت کیرال را در بلور‌های BPO₄ ایجاد کردند که برای چند پیکوثانیه پایدار باقی می‌ماند. این فرایند با تحریک یک مد ارتعاشی خاص در فرکانس تراهرتز و جابه‌جایی شبکه بلوری در راستای سایر مد‌های ارتعاشی ماده انجام شد.

مایکل فورست، از مؤسسه ماکس پلانک، توضیح داد: «با چرخاندن قطبش نور تراهرتز به اندازه ۹۰ درجه، توانستیم به‌طور انتخابی ساختار کیرالی چپ‌گرد یا راست‌گرد را القا کنیم.»

کاوالری، محقق ارشد این پژوهش، اظهار داشت: «این کشف فرصت‌های جدیدی را برای کنترل دینامیکی ماده در مقیاس اتمی فراهم می‌کند. توانایی القای کیرالیته در مواد غیر کیرال می‌تواند به پیشرفت‌های چشمگیری در حوزه حافظه‌های فوق سریع و فناوری‌های اپتوالکترونیک منجر شود.»

رادائلی اشاره کرد که این روش پتانسیل بالایی برای القای سایر ویژگی‌های فیزیکی در مواد دارد: «ما پیش‌تر موفق به القای خاصیت مغناطیسی در مواد غیرمغناطیسی با استفاده از نور شده‌ایم و اکنون در تلاشیم تا خواصی مانند فروالکتریسیته را نیز در مقیاس‌های زمانی فوق سریع ایجاد کنیم.»

بااین‌حال، برخی نگرانی‌ها درباره تأثیرات بالقوه این فناوری بر موجودات زنده مطرح شده است. بااین‌حال، پژوهشگران تأکید دارند که در این فرایند، مولکول‌های کیرال دائمی تولید نمی‌شوند و کیرالیته تنها برای مدت بسیار کوتاهی (حدود یک تریلیونیوم ثانیه) در ساختار بلوری ظاهر می‌شود.

این پژوهش با حمایت مالی بنیاد پژوهشی آلمان (DFG) از طریق خوشه تحقیقاتی CUI: Advanced Imaging of Matter انجام شده و مؤسسه ماکس پلانک یکی از اعضای مرکز علوم لیزر الکترون آزاد (CFEL) است.

انتهای پیام/