摘要：天津大學米文博課題組通過理論計算發現，在手性甲硫氨酸(R,S-MET)分子構成的隧道結內出現了完全自旋極化的光電流，電極的磁化排列可以作為切換自旋通道的開關。在特定的偏振光和電極磁化排列下，R,S-MET分子表現出手性誘導自旋選擇性效應。該工作為生命科學和生物電子器件的開發提供了理論基礎。

有機分子由于其長的自旋弛豫時間，在自旋電子學領域備受關注。由手性有機分子包裹的Fe3O4納米粒子有效地抑制了水分解過程中副產物H2O2的形成。許多生物分子都具有手性中心，利用聚丙氨酸多肽的自組裝單分子膜模擬生物膜實驗預見了手性誘導自旋選擇性效應在生命過程中的優勢，手性與自旋的結合有望提高生物識別的準確性。隨著手性誘導自旋選擇性效應的提出，手性功能材料的自旋相關電子輸運特性受到了廣泛關注。研究發現，自旋相關電子輸運特性可以由光場和磁場同時操縱。例如，手性寡肽雜化CdSe納米顆粒的電荷轉移可以通過鐵磁性襯底的磁化方向來調控，光照可以作為手性分子自旋通道的開關。細菌視紫紅質的D96N突變體的自旋過濾能力在光照下顯著降低，為生物體內光調控電子自旋極化提供了依據。

綜上，手性誘導的自旋選擇性效應在推動自旋電子學器件革命的同時，也啟發了人們對生命和地球的新一輪探索。核酸、蛋白質和多糖等多數生物大分子都表現出手性特征，在人體內分別傾向于呈現出右手螺旋、左手螺旋和右手螺旋狀態。大自然傾向于篩選手性對映體的其中一種參與生命過程，這預示著生命中自旋與手性耦合的獨特優勢。因此，研究光、自旋、手性與磁場之間的相互作用在理解生命科學和生物電子器件開發等方面具有重要意義。

天津大學米文博教授課題組以R,S-MET分子為例，通過磁性隧道結模型和第一性原理量子輸運計算方法研究了手性分子的自旋相關電子輸運特，發現隧道磁電阻與自旋注入效率分別與MET分子的手性及偏置電壓的大小和方向有關。通過調節光子能量和電極的磁化排列，R-MET分子可以輸出不同自旋通道的光電流。當光子能量為4.5 eV時，R-MET分子與S-MET分子表現出相反的自旋輸運特性，即在特定的偏振光和電極磁化排列下，R,S-MET分子顯示出手性誘導自旋選擇性效應。氨基酸的自旋相關輸運特性及其在光和磁場下的調控對理解生物手性分子固有的光磁耦合具有重要意義，為生物傳感器件的開發提供了理論支持。相關論文在線發表在Advanced Quantum Technologies上。

審核編輯 ：李倩