Aby zrozumieć, co dokładnie chcieli zrobić niemieccy fizycy, warto byłoby zacząć od wyjaśnienia tzw. chiralności cząstek. Taka cecha odnosi się do molekuł oraz ich lustrzanych odbić, które – być może wbrew intuicji – wcale nie są identyczne. W konsekwencji nie dałoby się ich na siebie nałożyć poprzez translację i obrót w przestrzeni. Takie zjawisko występuje zarówno w skali mikro jak i znacznie większej, choć w tym przypadku naukowcy skupili się na elektronach.
Czytaj też: Fizykom udało się wzbudzić laserem jądro atomowe. To osiągnięcie zrewolucjonizuje naszą wiedzę
Dokładniej rzecz ujmując, członkowie zespołu badawczego dążyli do wdrożenia trójwymiarowej chiralności w funkcji falowej pojedynczego elektronu. Aby dokonać tej sztuki użyli światła lasera w celu ukształtowania fali materii elektronu w lewoskrętne bądź prawoskrętne cewki mające masę i ładunek. Takie zmiany wpływają na fizykę podstawową tych cząstek i mogą zapewnić szereg zastosowań w dziedzinach pokroju optyki kwantowej, fizyki cząstek i mikroskopii elektronowej.
Elektron może występować w stanie prawoskrętnym bądź lewoskrętnym, co ma przełożenie między innymi na zjawiska magnetyczne czy układ okresowy pierwiastków. Poza tym spin elektronów ma wpływ na technologie przyszłości, takie jak komputery kwantowe czy materiały nadprzewodzące. Wszystko ze względu na fakt, że lewoskrętność/prawoskrętność cząstki może diametralnie zmieniać jej właściwości, nawet do tego stopnia, że warunkuje lecznicze lub szkodliwe działanie danej substancji.
Technologia może zdecydowanie się zmienić dzięki wykorzystaniu chiralności cząsteczek, co zademonstrowali niemieccy fizycy
Wpływając na chiralność inżynierowie są w stanie manipulować właściwościami materiałów, co oczywiście toruje drogę do licznych praktycznych zastosowań. Pytaniem postawionym przez fizyków zza naszej zachodniej granicy było to, czy można indukować chiralność w elektronie bez potrzeby spinu. Na potrzeby eksperymentów skorzystali z ultraszybkiego transmisyjnego mikroskopu elektronowego.
Femtosekundowe impulsy elektronów zostały poddane kształtowaniu do wzorów chiralnych. O ile zwykle elektrony i fotony laserowe nie wchodziłyby ze sobą w interakcje, tak autorzy nowych badań dołożyli membrany z azotku krzemu, które to zmieniły. Elektrony ulegały przyspieszaniu lub zwalnianiu, by z czasem się doganiać. Funkcja falowa była natomiast przekształcana w chiralną cewkę masy i ładunku.
Czytaj też: Materiał, który sam naprawia uszkodzenia. Ta technologia będzie miała konkretne zastosowanie
Ostatni etap eksperymentów obejmował attosekundową mikroskopię elektronową użytą do wykonania szczegółowych pomiarów wartości oczekiwanej elektronu. Taki wskaźnik, jak wyjaśniają członkowie zespołu, ukazuje prawdopodobieństwo znalezienia się gdzieś w przestrzeni i czasie. Testy pokazały, że ogólna chiralność może zostać zachowana, a możliwość manipulowania elektronami stwarza możliwość wielu potencjalnych zastosowań. Teraz czas na sprawdzenie tej koncepcji w praktyce, co może wywołać technologiczną rewolucję.
