晶体与手性结构中的新对称性

一个多世纪以来，材料的结构一直通过旋转、旋转反演和平移对称性的组合来描述。通过将静态结构旋转在顺时针和逆时针方向之间的反转识别为一种独特的对称操作，我们在此表明，在右手或左手螺旋、螺线以及由两种手性旋转等量组成的反扭曲结构中，存在比目前公认的更多的结构对称性。例如，尽管螺旋或螺线不能具有传统的镜面或反演对称性，但它们可以与旋转反转对称性结合而拥有这些对称性。类似地，我们表明许多反扭曲钙钛矿拥有的对称元素数量是传统识别的两倍。这些新对称性预测了与静态旋转相关的“旋转”性质的新形式，例如旋转电性、压电旋转和旋转磁性。它们还使得能够基于对称性搜索新的现象，例如涉及自旋、电极化和静态旋转耦合的多铁性。这项工作与所有具有静态旋转的材料结构（如矿物、聚合物、蛋白质和工程结构）中的结构-性能关系相关。