物理学家确定了 TiSe₂ 中手性电荷密度波背后的关键机制

Josiah02

手性是某些分子、亚原子粒子、生物体和其他物理或生物系统的一种特性。这种特性意味着这些系统的底层结构缺乏镜像对称性。
浦项科技大学、阿贡国家实验室和其他机构的研究人员最近开展了一项研究，探讨了过渡金属二硫属化合物 1T 相二硒化钛 (1T-TiSe 2 ) 的手性起源。他们的论文发表在《自然物理学》上，概述了这种材料中形成手性电荷密度波的关键机制。
“TiSe 2是一种自 1976 年就为人所知的材料，从那时起就得到了广泛的研究，”该论文的资深作者 BJ Kim 告诉 Phys.org。“特别是，它的晶体结构已经被详细研究过，并且被多次重新审视，之前的所有研究都只发现了与已知结构模型的一致性。
“然而，如果晶体结构正确，它就会排除一些非常有趣的电子特性，这些特性是由于晶体结构中缺乏某些对称性而允许的——诺伊曼原理要求晶体和晶格结构具有相同的对称性。”
最近的研究收集了大量证据表明 TiSe 2结构中与其电子特性相关的部分（即其电子部分）表现出​​手性。具体来说，他们发现该电子部分缺乏具有镜像对称性的元素，这一发现与该材料已知的晶体结构不一致。
“我们对这种可能违反基本原理的不一致现象非常感兴趣，”Kim 说道。“我们认为手性电荷密度波或晶体结构一定是错误的，这是我们研究的起点。我们的目标是解决电子和晶格扇区之间的不一致。”
为了解决之前报道的 TiSe 2电子和晶格结构之间的差异，研究人员首先进行了理论对称性分析。该分析旨在系统地检查材料的空间群对称性在特定晶格畸变下以及在电荷密度波形成时如何变化。
研究小组的研究结果表明，TiSe 2中的晶格畸变和电荷密度波导致了不同的空间群对称性。有趣的是，他们还表明这些空间群对称性会引起进一步的晶格畸变。
Kim 解释道：“然后我们利用拉曼散射和非弹性 X 射线散射来寻找这些额外晶格畸变的特征。”
“我们知道晶格的扭曲将非常微小和微妙，因此我们没有使用测量原子平衡位置的X射线/中子衍射，而是追踪晶格振动模式（或声子）如何响应电荷密度波的形成，从中我们也可以推断出对称性的变化。”
这项最新研究收集了有关先前在 TiSe 2中观察到的手性电荷密度波的可能起源的有趣新见解。研究人员提出的基于理论的假设已通过光学和光谱技术进行了实验验证，但可以在未来的实验中进一步测试。
Kim 补充道：“手性现象并非这种材料所特有，而是自然界中普遍存在的现象，可以在从亚原子粒子、分子到生物体等许多不同环境中发现。”
“手性产生的微观机制在很多情况下仍然未知。我认为我们研究最显著的成果是我们首次发现了手性的机制。”