Sarmal yapının teslimi, ayna görüntüsü alınarak tersine çevrilir. Bir antiparalel-spin çifti tarafından temsil edilen bir spin kiralitesi, yalnızca ayna görüntüsünü alarak değil, aynı zamanda zamanı geriye doğru çalıştırarak da tersine çevrilir, ki bu sarmal bir yapı için geçerli değildir. Böyle bir spin kiralitesinin, alternatif akım uyarımı altında kiral bir süper iletken üzerindeki ölçümlerle yapısal bir kiraliteye bağlı olduğu gösterilmiştir. Kredi: Hiroshi Yamamoto, Institute for Molecular Science
Elektron spinleri kiral molekülleri ayna olmadan yansıtır.
Moleküllerin ve kristallerin kiralitesinin kontrolü, örneğin çeşitli araştırma alanlarında çok önemlidir. ilaç keşfi ve görüntüleme teknolojisi olarak. Son zamanlarda, geleneksel kimyasal yöntemlere bir alternatif sunan, kiral moleküllerin eli (sola veya sağ) teslimini ayırt etmek için mıknatısları kullanmak için yenilikçi çabalar sarf edilmiştir. Bununla birlikte, bu yeni yaklaşımın arkasındaki fizik bir tartışma konusu olmuştur ve mekanizması henüz onaylanmamıştır. Bu hipotezin doğrulanması, mıknatısa dayalı kiralite kontrolünün iyileştirilmesi ve bunun daha geniş bir madde yelpazesine uygulanması açısından önemlidir.
“Hipotezi test etmek için, tek bir kiral moleküldeki elektron spinlerini haritalamalısınız. Büyük bir zorluk, kiral moleküllerin o kadar küçük olması ki bunu yapamazsınız.” ekip lideri Prof. Hiroshi Yamamoto’yu açıklıyor. “Bunun yerine organik bir kiral süper iletkeni dev bir kiral molekül olarak ele aldık.”
Dengeli elektron spinleri, elektronların tüm sistem üzerinde korelasyon içinde olmasını veya birbiriyle girişim yapmasını gerektirir. Süper iletken bir durumda, girişim, elektronların uzun süreli tutarlılığı yoluyla devam eder; birçok elektron tek bir kuantum-mekanik dalgaya çöker ve birlikte uzun bir mesafe boyunca girişim kabiliyetini korur. Bu özellik, bir organik kiral süperiletkendeki spin dağılımının, kiral moleküllerden çok daha büyük bir uzunluk ölçeğinde emülasyonunu sağlayabilir.
“Son tekniklerin bir kombinasyonu sayesinde, sonunda spin polarizasyonlarını saptadık,” diyor Ph. D. baş yazar adayı Ryota Nakajima. “Önerilen hipotezle mükemmel bir yazışma bizi şaşırttı. Kiral süperiletkenlerin farklı kullanımları için farklı spin dağılımları bulduk.”
“Gözlenen spin dağılımı, kiral tanıma ile ilgilidir” diye açıklıyor, ilgili iki yazardan biri olan Yardımcı Prof. Daichi Hirobe. “El kullanımına bağlı olarak, iki spin polarizasyonu, bir süper iletkenin her iki kenarında yüz yüze veya arka arkaya oturur. Bu benzersiz konfigürasyon, kiral moleküller için varsayılmıştır, ancak doğrulanmamıştır.” Bu tür spin konfigürasyonu, daha önce bildirilen bir sıvıda mıknatısa dayalı kiral tanımanın anahtarı olan kiral kristal yapının herhangi bir dönüşü altında değişmez.
Prof. Hiroshi Yamamoto, ekibin başarısını kiralite ve manyetizma arasındaki hassas bağlantının anlaşılmasında büyük bir ilerleme olarak görüyor. “Spin dağılımlarından yapılan kiralite, moleküler/kristal kiralitenin sistem dışından tanınmasını sağlar. Bu, dikkatli bir değerlendirme yapılmadan fizik kanunlarına meydan okuyor gibi görünüyor.”
Araştırma ekibi, dönüşlerin zamanı tersine çevirme işlemiyle tersine çevrildiği gerçeğine dikkat çekerek, spinle ilgili kiralite için “T-tek kiralite”yi icat etti ” T”. Bulgularının gelecekteki süperiletken spintronikte de uygulama bulması bekleniyor.
Referans: “Giant spin polarization and a pair of antiparallel spins in a chiral superconductor”, yazan R. Nakajima, D. Hirobe, G. Kawaguchi, Y . Nabei, T. Sato, T. Narushima, H. Okamoto ve H. M. Yamamoto, 18 Ocak 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05589-x
Çalışma, Japonya’dan JSPS KAKENHI, Japonya’dan PRESTO JST ve Japonya’dan ERATO JST’den alınan Bilimsel Araştırmalar İçin Bağışlar tarafından finanse edilmiştir.