A tensão mecânica gera quiralidade
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A deformação mecânica é uma das ferramentas mais comuns utilizadas para ajustar as propriedades dos materiais. Nos materiais piezoelétricos, o alongamento ou a compressão de um cristal gera uma polarização elétrica. Nos materiais piezomagnéticos, induz magnetização. Investigadores do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria (MPSD) e da Universidade de Oxford descobriram agora que a deformação mecânica também induz quiralidade em cristais não quirais, abrindo uma nova via para controlar esta propriedade à vontade e, potencialmente, imprimir propriedades eletrónicas quirais. Este trabalho acaba de ser publicado na revista *Nature*.
A quiralidade é uma propriedade importante da matéria. É definida como uma propriedade dos objetos que não podem ser sobrepostos às suas imagens espelhadas através de qualquer combinação de rotações ou translações, tal como acontece com as mãos esquerda e direita, que são distintas. Nos cristais quirais, a disposição espacial dos átomos dá origem a uma quiralidade específica, com a estrutura cristalina a torcer-se ao longo de uma direção de propagação, de forma semelhante a um parafuso. Consequentemente, a propagação numa direção — por exemplo, de uma corrente elétrica — pode encontrar uma resistência diferente daquela que se propaga na direção oposta. Este efeito também influencia certas reações químicas e processos biológicos, que selecionam uma orientação específica. Neste sentido, a capacidade de controlar a quiralidade à vontade, transformando uma estrutura destra numa canhota, é muito desejável.
No entanto, «ao contrário da polarização elétrica ou da magnetização, a quiralidade carecia de um mecanismo físico geral para controlo externo», observa Zhiyang Zeng, primeiro autor deste estudo. Os investigadores do MPSD demonstraram agora que a tensão mecânica proporciona precisamente esse mecanismo. Em vez de sintetizarem um material quiral, partem de um cristal que não é quiral no seu estado sem tensão. A aplicação de tensão reorganiza as posições dos átomos no cristal na medida suficiente para criar uma estrutura com orientação para a esquerda ou para a direita.
Para demonstrar este efeito, a equipa monitorizou o aparecimento da atividade ótica do cristal — uma assinatura característica da quiralidade — enquanto aplicava uma tensão mecânica controlada. Notavelmente, a orientação do estado quiral induzido é determinada pelas condições de tensão. A tensão de tração e de compressão geram orientações opostas, enquanto a aplicação de tensão ao longo de diferentes direções do cristal proporciona outra forma de selecionar o estado quiral resultante. «Como a deformação é reversível, a quiralidade induzida pode ser gerada, removida e selecionada repetidamente», explica Michael Först, coautor desta publicação.
Para além de demonstrar o efeito experimentalmente, a equipa estabeleceu um quadro teórico que revela quando a simetria cristalina permite que este efeito piezoquiral ocorra. Utilizaram-no para compilar uma base de dados de acesso aberto de materiais candidatos (https://piezochiral.org), tornando possível que investigadores de todo o mundo pesquisem e explorem cristais piezoquirais.
Este trabalho estabelece uma nova estratégia para a engenharia da quiralidade. Em vez de ser fixada permanentemente pelo crescimento cristalino ou pela síntese química, a quiralidade pode agora ser gerada, controlada e ativada conforme necessário num material originalmente aquiral. Isto está a abrir novas oportunidades para controlar materiais mecanicamente reconfiguráveis.
«Denominámos este fenómeno de efeito piezoquiral», afirma Andrea Cavalleri, que liderou a investigação em Hamburgo (em colaboração com Paolo Radaelli, da Universidade de Oxford). «Permite induzir a quiralidade em substratos para uma grande variedade de películas finas ou em materiais maciços, e poderá viabilizar estratégias para, por exemplo, criar novos tipos de propriedades quirais, como a supercondutividade».
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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