Frammenti equivalenti delle strutture cristalline degli enantiomorfi β-Mn. Le disposizioni a vite sono formate da atomi di manganese su diverse posizioni Wyckoff (codificati a colori). Credito:MPI CPfS
Il mancino o il destro è una proprietà di simmetria che mostrano anche molti oggetti macroscopici e che è di immensa importanza, in particolare per la bioattività delle molecole organiche. La chiralità è rilevante anche per proprietà fisiche o chimiche come l'attività ottica o l'enantioselettività dei solidi cristallini o delle loro superfici. Nel caso di fasi metalliche chirali, la superconduttività non convenzionale e gli stati ordinati magnetici insoliti sono legati alla chiralità della struttura cristallina sottostante. Nonostante questa connessione tra chiralità e proprietà di un materiale, il rilevamento è spesso difficile perché le varianti strutturali mancine e destrorse possono annullarsi a vicenda o almeno indebolire l'effetto chiralità.
Non sempre è possibile preparare materiali chirali che contengano solo una delle due varianti strutturali. Più spesso, entrambe le varianti strutturali sono presenti in un materiale policristallino. Per le indagini di sistema, è quindi importante poter determinare la manualità con una buona risoluzione spaziale.
In un nuovo studio, è dimostrato che il metodo EBSD (Electron Backscatter Diffraction) può essere utilizzato per determinare la distribuzione di varianti strutturali enantiomorfe non solo in materiali policristallini di fasi multicomponenti, ma anche per la struttura elementare chirale -Mn. La differenza tra le strutture cristalline multicomponente e la struttura elementare è quindi di particolare importanza, poiché il metodo di diffrazione dei raggi X, che di solito viene utilizzato per determinare la manualità, non fornisce alcuna informazione sulla manualità per una struttura elementare chirale come β-Mn.
Mappa di distribuzione enantiomorfa dei grani sinistri (rossi) e destrorsi (blu) di -Mn in un materiale policristallino. La mappa è una sovrapposizione a una micrografia ottica in campo chiaro di un campione di manganese montato e preparato metallograficamente (cerchio piccolo:? =500 μm). Credito:MPI CPfS
L'EBSD è un metodo consolidato per determinare l'orientamento locale dei cristalli in un materiale policristallino mediante linee di Kikuchi. L'indagine EBSD viene eseguita con un microscopio elettronico a scansione. È quindi un metodo relativamente semplice per determinare le proprietà cristallografiche locali di un materiale policristallino. Le righe di Kikuchi si formano per diffrazione degli elettroni su un piano fortemente inclinato, superficie piana. Però, i metodi convenzionali per valutare il pattern EBSD non consentono alcuna conclusione sulla manualità di una fase. Solo la considerazione dello scattering dinamico di elettroni nei calcoli di simulazione produce differenze nelle linee di Kikuchi dei due enantiomorfi. L'assegnazione della manualità viene effettuata sulla base del miglior accordo del pattern EBSD sperimentale con uno dei due pattern simulati.
Queste indagini sono state condotte sulle fasi β-Mn e sul composto multicomponente strutturalmente strettamente correlato Pt2Cu3B. La distribuzione degli enantiomorfi è stata determinata dal pattern EBSD per entrambe le fasi, mentre la diffrazione dei raggi X sui cristalli di taglio Xenon-FIB (Focused ion beam) ha consentito un'assegnazione solo per la fase ternaria. La determinazione basata su EBSD della distribuzione degli enantiomorfi in un materiale policristallino semplifica notevolmente la preparazione di materiali con manualità definita.