车顺爱团队在手性介观结构无机材料及其自旋电子响应性领域获得新进展

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手性的是自然界的本征属性之一。作为组成物质世界基本单元之一的电子由于存在本征自旋也具有手性特征，当两种相反自旋的电子不平衡时即为自旋极化。近年来，科学家们通过外加电场或磁场、注入等方法调控自旋极化电子。然而，在非磁性无机材料中，通过手性调控自旋电子的运动，仍然是一项挑战。我院车顺爱教授团队长期致力于手性介观材料的研究，近期在手性介观结构无机材料及其自旋电子响应性领域获得新进展，相关研究成果发表于国际顶级期刊《德国应用化学》Angewandte Chemie International Edition (doi: 10.1002/anie.202101069)

       车顺爱教授带领团队设计合成了具有多级手性结构的手性介观结构氧化镍薄膜材料，在中心对称空间群的非铁磁性无机晶体中，实现了手性诱导自旋电子选择性响应性，为自旋电子调控提供了新的功能化无机材料和研究方向。
       当电子在电场中运动时，会产生一个有效磁场，有效磁场与电子的相互作用即为自旋轨道耦合。在对称性破缺的体系中，自旋轨道耦合也是不对称的，从而会使一种手性特征的自旋电子能级降低，而另一种手性特征的自旋电子能级升高，表现出手性诱导电子自旋极化。
       研究人员通过手性分子诱导的水热方法，合成的手性介观结构氧化镍薄膜材料具有两级手性结构，分别是由于晶格错位形成的一级扭曲纳米片，和由纳米片螺旋堆叠形成的二级扇形纳米堆叠结构。在磁圆二色光谱中，相反手性的氧化镍薄膜表现出不受外加磁场方向影响，但信号正负取决于材料手性的磁圆二色信号。在磁化探针的原子力显微镜下，相反手性的氧化镍薄膜分别表现出自旋向上和自旋向下电子的运动特征。这些结果都表明，在相反手性的氧化镍薄膜中，电子运动更稳定的是具有相反手性特征的自旋电子。
       该项研究工作得到国家自然科学基金项目的资助。
       论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202101069


       文章来源：同济大学
       车顺爱，同济大学教授。毕业于吉林化工学院化学工程系，先后在吉林化工学院和吉林工学院从事化学工程教学和科研工作。在日本横滨国立大学获取材料工学博士学位。2003年到上海交通大学任教；2004年获得杰出青年基金，同年被评为教育部长江学者特聘教授；2008被聘为瑞典斯德哥尔摩大学客座教授；2010年任国际介孔材料协会理事。在Nature、NatureMaterials、Nature Communications、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等世界高水平学术刊物上发表了多篇具有独创性和国际领先水平的学术论文。开辟了阴离子表面活性剂结构导向合成新型介孔材料的方法；首次合成出手性介孔材料，提出了手性孔道概念；合成出具有二维四方DNA-二氧化硅螺旋介观结构并解析了其形成机理。