Chiralität oder Händigkeit ist eine äußerst wichtige grundlegende Eigenschaft von Objekten in vielen Bereichen der Physik, Mathematik, Chemie und Biologie; ein chirales Objekt kann seinem Spiegelbild in keiner Weise überlagert werden.
Die einfachsten chiralen Objekte sind menschliche Hände, daher der Begriff selbst. Das Gegenteil von chiral ist achiral: Ein Kreis oder ein Quadrat sind einfache achirale Objekte.
Chiralität kann auf viel komplexere Entitäten angewendet werden; Beispielsweise können konkurrierende interne Wechselwirkungen in einem magnetischen System dazu führen, dass periodische magnetische Texturen in der Struktur auftreten, die sich von ihren Spiegelbildern unterscheiden – dies wird als chirale ferromagnetische Ordnung bezeichnet.
Chirale Kristalle gelten weithin als vielversprechende Kandidaten für die Realisierung magnetischer Datenspeicher und Verarbeitungsgeräte, da Informationen über ihre nicht trivialen magnetischen Texturen kodiert werden können.
Anastasia Pervishko, Forscherin am Skoltech Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering (CDISE), und ihre Kollegen nutzten symmetriebasierte Analysen und numerische Berechnungen, um die Existenz von antichiralem Ferromagnetismus vorherzusagen – einer Art ferromagnetischer Ordnung, wenn beide Arten von Chiralität (Händigkeit) existieren gleichzeitig und wechseln sich im Raum ab.
„Im Gegensatz zu chiralen und achiralen Texturen sagen wir bei tetraedrischen Ferromagneten eine grundlegend andere magnetische Ordnung voraus. Wir verwenden den Begriff 'Antichiralität', um die spontane Modulation der Magnetisierungsrichtung mit einem durch die Kristallsymmetrie induzierten räumlichen Chiralitätswechsel zwischen Rechts- und Linkshändigkeit hervorzuheben“, sagt Pervishko.
Sie erklärt, dass die Chiralität in dieser periodischen magnetischen Textur im Raum alterniert, während die durchschnittliche Torsionsinvariante Null ist. „Man kann es sich als magnetische Modulation vorstellen, bei der ein Teil durch Rechtshändigkeit und der andere durch Linkshändigkeit gekennzeichnet ist; das unterscheidet sich drastisch von herkömmlichen chiralen Texturen, bei denen die Händigkeit erhalten bleibt“, fügt Pervishko hinzu.
Das Team zeigte, dass antichiraler Ferromagnetismus in einer Klasse von Kristallen beobachtet werden kann, in denen viele Mineralien natürlich gebildet werden. Dazu untersuchten sie die magnetische Ordnung in der Struktur mit tetraedrischer Kristallsymmetrie und nutzten die mikromagnetische Analyse, um diese neue antichirale Ordnung abzuleiten.
„Dank dieses unkonventionellen Grundzustands könnte die vorgeschlagene magnetische Ordnung zu einer reichen Familie magnetischer Phänomene führen, einschließlich einzigartiger magnetischer Domänen und Skyrmionen, die sich grundlegend von chiralen Texturen unterscheiden. Dieser Befund löst weitere theoretische und experimentelle Untersuchungen dieser Art von magnetischen Materialien aus“, schließt Anastasia Pervishko.