Por qué las moléculas zurdas y diestras conducen la corriente de manera diferente exprés
Una escalera de caracol marca el ritmo de los pasos: si un flujo de personas sube por ella, su movimiento se enrolla inevitablemente. Algo parecido ocurre en las moléculas helicoidales, como el ADN o algunas proteínas. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de una molécula así, los electrones no viajan en línea recta. Rodean las curvas de la cadena molecular, y ese movimiento circular genera un diminuto campo magnético: el momento orbital molecular.
Precisamente este vórtice magnético interno, como muestran los autores del nuevo trabajo, es el responsable de un antiguo enigma de la física: el efecto de selectividad de espín inducida por quiralidad (CISS). La esencia del efecto es simple: una molécula con giro a la izquierda deja pasar electrones con una dirección de espín (rotación propia) mejor que con la otra, y una molécula con giro a la derecha hace lo contrario. Antes se pensaba que todo dependía de los contactos de la molécula con los electrodos. Pero los experimentos insinuaban que el principal "filtro" es la propia molécula.
La nueva teoría relaciona la dirección de este momento con la quiralidad de la molécula: su "zurdidad" o "diestrez". El momento surge porque la trayectoria del electrón está curvada, como el cauce de un río. Esa curvatura actúa sobre el electrón de manera similar a un campo magnético. Como resultado, la resistencia de la molécula cambia según la magnetización de los contactos, incluso si el voltaje no cambia de signo. La teoría no viola las leyes fundamentales de simetría y predice nuevos efectos: por ejemplo, las curvas de corriente frente a voltaje para moléculas zurdas y diestras pueden cruzarse varias veces.
Así, un modelo basado en geometría simple y corriente explica una amplia gama de fenómenos, desde la magnetorresistencia hasta la anisotropía magnetoquiral eléctrica (dependencia de la conductividad con la dirección de la corriente y el campo magnético). La escalera de caracol dentro de la molécula resultó ser la clave para controlar los espines sin imanes externos.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2606.17865
The microscopic origin of the chirality-induced spin selectivity (CISS) in helical molecules remains an open question. Recent experiments suggest that a significant contribution to CISS arises from the molecule itself, which is disregarded in existing interfacial or scattering based theories. Here we present an alternative theory of CISS to address this molecular contribution. The mechanism is based on the circulation of charge current in molecular loops that generates a molecular orbital moment (MOM). The direction of the MOM is governed by the gauge field arising from the structural distortion of the molecule and is associated with the handedness of the molecule. Such a MOM can produce finite CISS magnetoresistance and magnetochiral conductance asymmetries that are even in bias voltage, without violating the Onsager-Casimir reciprocity relations. Depending on the Fermi level and bias voltage, the MOM can be controlled externally, which can result in additional crossings of the enantiomer $$I-V$$ curves. Finally we explain the origin of the electrical magnetochiral anisotropy within the same framework, which establishes its generic applicability.
El efecto CISS es tan fuerte que en algunas moléculas se puede lograr una polarización de espín de los electrones de casi el 100 por ciento, como en un filtro magnético perfecto, pero sin voluminosos imanes.