Des scientifiques identifient des phonons chiraux dans des matériaux tridimensionnels

Des chercheurs du Tokyo Institute of Technology ont dernièrement étudié les mouvements atomiques en rotation et en propagation dans les réseaux cristallins. Leurs recherches ont confirmé que les particules responsables de ces déplacements sont également présentes dans les matériaux 3D. Cette découverte a été possible grâce au nouveau procédé de diffusion Raman polarisée circulairement, plus efficace que la diffraction des rayons X (XRD).

Les phonons sont en réalité des petits paquets d’énergie associés aux mouvements des atomes dans un réseau cristallin. Ces déplacements engendrent un phénomène de chiralité qui est authentique lorsque l’hyperbate spatiale n’équivaut pas à une inversion temporelle couplée à une rotation spatiale.

Les recherches ont été dirigées par Takuya Satoh, professeur du département de physique de Tokyo Tech. Les conclusions des travaux ont été publiées dans la revue Nature Physics.

Les véritables phonons chiraux existent dans les matériaux tridimensionnels

Le phénomène de chiralité a uniquement été découvert dans des matériaux bidimensionnels comme le diséléniure de tungstène. Cependant, la particularité avec ces phonons est qu’ils orbitent sans se partager des mouvements atomiques, à l’opposé des vraies masses énergétiques chirales.

Les chercheurs ont réussi à identifier, grâce à la diffusion Raman polarisée circulairement, de vrais phonons chiraux aussi bien théoriquement qu’expérimentalement dans le cinabre (α-HgS). Pour ce faire, ils ont dû passer par une cartographie des structures chirales dynamiques grâce au pseudo-angular momentum (PAM). Le pseudo-momentum et le PAM sont issus des opérations discrètes de translation et de symétrie rotatives.

La diffusion Raman polarisée circulairement pourrait offrir de nouvelles perspectives

L’étude a montré que les lois de conservation de PAM s’appliquent uniquement entre les photons polarisés circulairement et les phonons chiraux. Les scientifiques ont également été en mesure d’observer optiquement la maniabilité des matériaux chiraux avec une meilleure résolution que la diffraction des rayons X (XRD) peut atteindre.

De plus, la diffusion Raman, polarisée circulairement, ne nécessite pas de contact et est non destructrice. Cette approche a également permis d’identifier de vrais phonons chiraux dans des matériaux 3D, clairement distincts de ceux présents dans les systèmes hexagonaux 2D. Enfin, les scientifiques estiment que les conclusions de l’étude pourraient accélérer le développement des moyens pour transférer le PAM des photons aux spins électroniques.

« Notre travail a permis de développer une approche optique pour observer la manœuvrabilité des corps chiraux à l’aide de PAM. La réfraction des rayons X quant à elle nécessite un grand cristal. De plus, elle est invasive et destructrice. »

Takuya Satoh, professeur du département de physique de Tokyo Tech

 SOURCE : PHYS.ORG