Nový piezochirální efekt: Vědci umí měnit krystaly na levotočivé nebo pravotočivé pouhým tlakem

Vědci z Institutu Maxe Plancka pro strukturu a dynamiku hmoty (MPSD) a Oxfordské univerzity objevili, že mechanický tlak dokáže vyvolat chiralitu v původně nechirálních krystalech.

Vědci z Institutu Maxe Plancka pro strukturu a dynamiku hmoty (MPSD) a Oxfordské univerzity objevili, že mechanický tlak dokáže vyvolat chiralitu v původně nechirálních krystalech. Tento převratný objev, publikovaný v časopise Nature, otevírá nové možnosti pro řízení této vlastnosti na přání a potenciálně i pro otiskování chirálních elektronických vlastností.

Chiralita je zásadní vlastností hmoty, která se projevuje tím, že objekt nelze ztotožnit s jeho zrcadlovým obrazem – podobně jako levá a pravá ruka. V chirálních krystalech je atomové uspořádání stočené jedním směrem, což ovlivňuje například elektrický proud, který může v jednom směru narážet na jiný odpor než v opačném. Chiralita má také vliv na chemické reakce a biologické procesy, které často preferují specifickou orientaci. Doposud však chyběl obecný fyzikální nástroj pro externí kontrolu chirality, na rozdíl od elektrické polarizace nebo magnetizace.

Tým vědců nyní ukázal, že mechanický tlak tento nástroj poskytuje. Namísto syntézy chirálního materiálu začínají s krystalem, který v nenapjatém stavu chirální není. Aplikací tahu nebo stlačení se atomy v krystalu přeskupí natolik, že vytvoří levotočivou nebo pravotočivou strukturu. Orientace indukovaného chirálního stavu je určena podmínkami tlaku; tah a stlačení generují opačnou orientaci, zatímco aplikace tlaku v různých krystalových směrech nabízí další způsob výběru výsledného chirálního stavu. Jelikož je deformace reverzibilní, indukovaná chiralita může být opakovaně vytvářena, odstraňována a měněna.

Výzkumníci tento jev nazvali piezochirální efekt. Kromě experimentálního prokázání efektu vytvořili i teoretický rámec, který určuje, kdy krystalová symetrie umožňuje jeho vznik. Na základě toho sestavili otevřenou databázi kandidátních materiálů, která je k dispozici vědcům po celém světě. Tato práce představuje novou strategii pro inženýrství chirality, která již není trvale fixována růstem krystalů nebo chemickou syntézou, ale může být generována, řízena a přepínána na přání v původně achirálním materiálu. To otevírá nové možnosti pro mechanicky rekonfigurovatelné materiály a potenciálně i pro vytváření nových typů chirálních vlastností, jako je například supravodivost.