La textura orbital de un cristal quiral

10 de mayo de 2024&bala; Física 17, t53

Los experimentos con rayos X revelan que un semimetal exhibe una “textura orbital”, una estructura electrónica exótica que resulta en un transporte de electrones dependiente del espín.

SS Brinkman et al. [1]

SS Brinkman et al. [1]

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En 1999, los investigadores descubrieron que las películas delgadas de moléculas quirales podían dispersar electrones de forma dependiente del espín. El efecto se ha atribuido a la “textura orbital” del material, una estructura electrónica dependiente del espín inducida por la quiralidad de los grados de libertad orbitales. Ahora Stefanie Brinkman de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología en Trondheim y sus colaboradores han demostrado que un cristal quiral en masa, el semimetal monosiliciuro de cobalto (CoSi), exhibe inequívocamente una textura orbital quiral. [1]. El hallazgo podría conducir a nuevos materiales espintrónicos.

CoSi pertenece a una familia de semimetales quirales que comparten la misma estructura cristalina de baja simetría. El año pasado, un equipo de teóricos calculó las estructuras de bandas de estos cristales, prediciendo ricas texturas orbitales y la aparición de análogos de materia condensada de monopolos magnéticos: partículas hipotéticas que solo poseen un polo magnético. Para probar esas predicciones, Brinkman y sus colaboradores utilizaron una variante de espectroscopia de fotoemisión con resolución angular. Dirigieron haces de rayos X polarizados circularmente hacia la izquierda y hacia la derecha a las superficies de los dos enantiómeros de CoSi (dos versiones del mismo cristal con quiralidad opuesta) y mapearon los momentos lineales de los fotoelectrones expulsados.

La luz polarizada circularmente es sensible a la orientación del momento angular orbital de los electrones. Al restar el mapa elaborado con luz polarizada circularmente hacia la izquierda de su contraparte derecha, Brinkman y sus colaboradores descubrieron que los dos enantiómeros efectivamente exhibían una textura orbital, siendo el mapa de cada enantiómero una imagen especular del otro. Los investigadores también observaron los monopolos previstos.

El transporte dependiente del espín necesario para los dispositivos espintrónicos normalmente se basa en el magnetismo o en el acoplamiento espín-órbita. Dado que la textura orbital proporciona un grado adicional de libertad que no requiere estas dos propiedades, podría resultar una ventaja en aplicaciones espintrónicas.

–Día de Carlos

Charles Day es editor senior de Revista de Física.

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