2026年6月17日——东京理科大学的研究人员报告称，一种新开发的方法能够动态切换手性（即缺乏镜像对称性的特定属性），从而在半导体中产生自旋电流。该方法的原理是，利用电化学手段，将小手性分子可逆地插入层状非手性半导体材料的层间间隙，并将其移除。这项研究成果有望为开发不依赖磁铁或磁场的新型手性自旋电子材料和技术铺平道路。

通过动态电化学插层控制手性

随着晶体管尺寸不断缩小，现代电子技术正迅速接近其物理极限，散热和能耗等挑战日益严峻。数十年来，研究人员一直将自旋电子学视为通往更快、更高效半导体技术的潜在路径。该领域不仅利用电子的电荷，还利用其一种被称为“自旋”的内在量子属性。虽然自旋电子学已应用于现代硬盘，但产生和控制自旋极化电流通常需要磁性材料或外部磁场，这限制了未来器件的可能设计方案。

解决这个问题的潜在方案可能在于“手性”这一几何属性。当一个物体或分子与其镜像无法重合（如同左手无法完全与右手重叠）时，便具有手性。由手性分子制成的某些材料，在电流通过时，会通过一种称为“手性诱导自旋选择性”的现象，自然地按自旋方向对电子进行筛选。然而，手性通常是材料的固定属性，无法随意动态改变。由于缺乏可逆控制手性的实用方法，科学家一直无法将其应用于自旋电子器件。

如今，由日本东京理科大学化学系教授 Kouji Taniguchi 领导的研究团队克服了这一障碍。他们的最新研究于2026年5月18日在线发表，并于2026年6月2日刊登在《ACS Nano》期刊第20卷第21期上。该团队证明，通过插入（插层过程）和移除（脱插层过程）小手性分子，可以在层状半导体中可逆地开启和关闭手性。

研究团队聚焦于二硫化钼这一层状半导体材料，其原子层之间由纳米级间隙隔开。利用电化学技术，他们成功地在层间空间中可逆地插层和脱插小手性分子离子。这些分子足够小，能够均匀地进出材料，且不会破坏其晶体结构，从而使该过程可以重复多次。

随后，研究人员探究了插层分子是否改变了电子在半导体中的运动方式。他们发现，当手性分子存在时，材料展现出 CISS 效应，产生自旋极化电流，其自旋方向取决于插入分子的“手性”。当分子被移除后，该效应消失。这些发现表明，在本质上非手性的半导体材料中，存在一种手性电子态。

Taniguchi 解释说：“由于本研究开发的方法能够实现手性分子插入和提取的电化学可逆控制，因此可以通过手性，随意开关自旋极化电流的产生。”有趣的是，详细分析揭示，手性分子的作用并不仅仅是充当电子过滤器；它们还会在非手性半导体的体相内诱导出一种手性电子态。

在半导体中反复写入和擦除手性的能力，可能为开发多功能、超高速、高能效器件开辟新方向。Taniguchi 总结道：“我们的成果不仅有助于发展控制电子自旋的新原理，也为不依赖外部磁场或铁磁材料的新型自旋电子技术开辟了道路。”