2026年4月27日——由布法罗大学领导的团队发现了一种方法，可帮助手性半导体（其结构如同许多生命基石分子一样具有左旋或右旋特性）吸收可见光。

在《自然·通讯》发表的研究中，研究人员将手性半导体材料与更易吸收可见光的非手性分子进行化学结合，形成能同时吸收可见光并区分左右旋光波的新材料体系，为光电子技术开辟了新前景。

“我们成功将手性特性转移到非手性分子上，”该研究的通讯作者、布法罗大学物理系副教授Wanyi Nie博士表示，“新材料既保留了手性半导体作为下一代电子器件基元的优势，又新增了对可见光的响应能力。”

这项获得美国国家科学基金会支持的研究，合作机构包括洛斯阿拉莫斯国家实验室、布鲁克海文国家实验室、加州大学伯克利分校及台湾大学。

DNA启发的创新

手性分子具有与其镜像无法重叠的结构，如同左右手。许多生物分子具有手性，如著名的右旋DNA双螺旋结构。关键的是，这种手性会改变它们与不同旋向分子的相互作用。

“这为利用光实现更复杂的信息检测、处理和传输提供了可能，”共同作者、布法罗大学化学与生物工程系助理教授Dave (Hsinhan) Tsai博士指出，“在先进偏振光传感器、光通信系统和光催化领域具有应用潜力。”

但多数手性半导体因带隙过大，需要更高能量激发电子，导致可见光吸收效率低下。“可见光能量不足以与手性材料相互作用，这些材料主要吸收更高能量的紫外光，”Nie解释道。

分子协同效应

为解决该问题，研究人员将钙钛矿手性半导体与电子受体分子F4TCNQ结合。实验显示，在可见光照射下，电子从手性主体转移到掺杂分子的高能态，形成可实现可见光吸收的电荷转移态。

“核心物理机制在于电子将手性从钙钛矿主体传递至非手性掺杂分子，”Nie表示。Tsai形象地比喻：“就像篮球比赛中控卫（手性分子）阅读战术后传球给前锋（掺杂分子）。”

该团队下一步将深入探究手性特性传递的物理机制。“我们看到区分左右旋光的能力在材料间转移，但尚未完全理解电子如何携带该信息以及过程的调控因素，”Nie补充道。