Quando specifiche forme di simmetria all’interno del sistema vengono interrotte a causa di processi spontanei o influenze esterne, spesso emergono nuovi fenomeni fisici e proprietà chimiche. Tuttavia, gli sforzi estesi nella progettazione e nella regolazione delle configurazioni atomiche nei materiali si sono concentrati principalmente sulla manipolazione delle forme geometriche, del drogaggio chimico e degli ambienti locali; nuovi tipi di materiali simmetrici vengono raramente segnalati.

Affrontando questa lacuna, un gruppo di ricerca composto dal professor Lin Guo dell'Università di Beihang, dal professor Renchao Che dell'Università di Fudan, dal professor Lin Gu dell'Università di Tsinghua e dal professor Er-Jia Guo dell'Istituto di fisica, Accademia cinese delle scienze, ha segnalato un Nanoasta ultrafine NiS caratterizzata da una nuova distribuzione di simmetria. I risultati sono pubblicati sulla rivista National Science Review .

La disposizione atomica di questo nanoasta mostra sia una simmetria rotazionale radiale che una simmetria traslazionale assiale. Questa è la prima dimostrazione della separazione della simmetria correlata alla direzione all'interno di una singola nanostruttura, che va oltre le tradizionali descrizioni delle strutture materiali in gruppi spaziali tridimensionali e gruppi puntuali noti, superando le definizioni convenzionali della cristallografia.

Grazie alla sua struttura cristallina unica, il nanorod mostra simultaneamente proprietà magnetiche combinate di domini magnetici a strisce e vortici in diverse direzioni. La caratterizzazione strutturale dettagliata ha rivelato che il profilo in sezione trasversale dei nanotubi di NiS mostra distintamente modelli atomici regolari a cinque anelli anziché reticoli periodici tradizionali. Radialmente, i nanotubi NiS mostrano una simmetria rotazionale ma mancano di simmetria traslazionale.

Al contrario, se osservati di lato, i nanotubi NiS mostrano una periodicità traslazionale regolare. Tuttavia, la presenza solo di strisce orizzontali e una struttura atomica disordinata su scala atomica indica che la periodicità della proiezione radiale degli atomi è disordinata e la simmetria radiale è interrotta.

I risultati sperimentali dimostrano che i nanotubi NiS mostrano la tradizionale simmetria rotazionale e traslazionale simile a un cristallo solo una volta che raggiungono un certo diametro.

Inoltre, il gruppo di ricerca ha utilizzato la microscopia di Lorentz per misurare la distribuzione magnetica dei nanotubi di NiS su scala nanometrica. I risultati indicano che i nanotubi di NiS possiedono domini magnetici a strisce assialmente antiparalleli e domini a vortice disposti radialmente, suggerendo che la disposizione dello spin degli elettroni segue la disposizione atomica intrinseca.

Lungo l'asse lungo, la disposizione atomica ordinata a lungo raggio produce spin e momenti magnetici allineati, formando pareti di dominio. Nella direzione radiale, la disposizione circolare degli atomi limita la coerenza dell'allineamento degli spin, facendo sì che i momenti magnetici formino un anello chiuso.

Sul lato corto, la separazione di simmetria osservata nei nanotubi di NiS dimostra l’integrazione di più ordini magnetici, un fenomeno mai osservato in precedenza nei cristalli tradizionali, nei quasicristalli e nei materiali amorfi. Questa configurazione magnetica intrinseca indotta dalla simmetria cristallina unica offre nuovi materiali e concetti di progettazione per scoprire nuovi accoppiamenti magnetici e promuovere supporti di registrazione magnetica non volatile ad alta densità.

Ulteriori informazioni: Jianxin Kang et al, nanoasta ultrafine NiS con simmetria traslazionale e rotazionale, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae175

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