【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 手性誘導(dǎo)自旋選擇(chiral induced spin selectivity, CISS) 效應(yīng)是近20年來自旋電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。它揭示了自然界中普遍存在的手性結(jié)構(gòu)與電子自旋之間的內(nèi)在聯(lián)系：當(dāng)非自旋極化電流通過手性分子后，會產(chǎn)生強(qiáng)自旋極化。其逆過程，即逆CISS效應(yīng)，則相反地實(shí)現(xiàn)自旋流到電荷流的轉(zhuǎn)換。這些效應(yīng)在低功耗、可調(diào)控的電荷-自旋轉(zhuǎn)換方面應(yīng)用前景廣闊，受到物理、化學(xué)和生物領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。CISS效應(yīng)已被廣泛研究，但逆CISS效應(yīng)直到2024年才在有機(jī)聚合物薄膜中被實(shí)驗(yàn)觀測到，且其微觀機(jī)制此前尚不清楚。
 

　　物理學(xué)院孫慶豐課題組長期在CISS領(lǐng)域開展研究，取得了系統(tǒng)性、系列化的研究成果。早期工作發(fā)現(xiàn)，在自旋軌道耦合與手性結(jié)構(gòu)和退相干協(xié)同作用，并當(dāng)體系存在多條傳輸途徑時(shí)，可產(chǎn)生CISS效應(yīng)【Phys. Rev. Lett. 108, 218102 (2012)；PNAS 111, 11658 (2014)等】。近兩年工作闡明了CISS效應(yīng)形成的動力學(xué)過程【Phys. Rev. B 111, 205417 (2025)]，澄清了鐵磁電極探測CISS效應(yīng)時(shí)打破Julliere模型的問題[J. Phys. Chem. Lett. 16, 12596 (2025)等】。
 

　　最近，孫慶豐課題組針對逆CISS效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)體系建立了與其相對應(yīng)的理論模型。研究表明，在手性分子螺旋結(jié)構(gòu)與自旋軌道耦合相結(jié)合并在存在多條傳輸途徑時(shí)，側(cè)向注入的自旋流會轉(zhuǎn)換為沿分子手性軸的電荷流，即出現(xiàn)逆CISS效應(yīng)。基于該理論模型通過數(shù)值計(jì)算，不僅重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中觀測到的逆CISS效應(yīng)，也同時(shí)解釋了實(shí)驗(yàn)中觀測到的逆自旋霍爾效應(yīng)。更重要的是，理論揭示了兩者的本質(zhì)區(qū)別：逆CISS效應(yīng)與分子手性密切相關(guān)，其電壓信號隨分子手性反轉(zhuǎn)而改變符號；而逆自旋霍爾效應(yīng)則不受分子手性影響。此外，理論計(jì)算表明這些效應(yīng)在較強(qiáng)無序條件下仍然可以保持。該工作為理解手性分子的自旋-電荷轉(zhuǎn)換提供了清晰的微觀物理機(jī)制，也為基于有機(jī)手性材料的自旋轉(zhuǎn)換研究提供了理論參考。
 

　　該研究成果于2026年9月11日以“Spin-to-Charge Conversion Driven by Inverse Chiral-Induced Spin Selectivity”為題，在線發(fā)表在《物理評論快報(bào)》期刊上。北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士生張?zhí)煲粸檎撐牡谝蛔髡?，孫慶豐是通訊作者。該工作的參與者還有中南大學(xué)物理學(xué)院郭愛敏教授和量子材料科學(xué)中心博士生劉芃儀。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、量子通信與量子計(jì)算機(jī)國家科技重大專項(xiàng)、湖南省自然科學(xué)基金以及北京大學(xué)高性能計(jì)算平臺的支持。
 

　　引用：物理學(xué)院孫慶豐課題組建立逆手性誘導(dǎo)自旋選擇效應(yīng)的微觀理論-北京大學(xué)【引用時(shí)間：2026年10月4日】