微小磁螺旋解锁自旋电子学未来

在自旋纳米技术领域取得突破性进展，由韩国高丽大学金英建教授与首尔大学南基泰教授领衔的研究团队成功制备出可操控电子自旋的磁性纳米螺旋结构。这项利用手性磁性材料在室温下调控电子自旋的技术成果已发表于《科学》期刊。

高丽大学共同通讯作者金英建教授表示："这些纳米螺旋仅通过其几何形态与磁性就实现了超过80%的自旋极化率"，他强调："这种结构手性与本征铁磁性的罕见结合，使得在室温下无需复杂磁路或低温设备即可实现自旋过滤，为通过结构设计调控电子行为提供了新范式。"

研究团队通过电化学控制金属结晶过程，成功制备出左右旋向的手性磁性纳米螺旋。关键创新在于引入微量手性有机分子（如辛可宁或辛可尼丁），这些分子引导形成了旋向精确可控的螺旋结构——这在无机体系中极为罕见。实验证实当纳米螺旋呈现右旋特性时，会优先允许某一方向的自旋通过，而反向自旋则被阻挡。这标志着首例具备电子自旋操控能力的三维无机螺旋纳米结构的发现。

首尔大学共同通讯作者南基泰教授指出："手性在有机分子中已被充分认知，结构旋向常决定其生物或化学功能。但在金属和无机材料中，合成过程中控制手性极其困难，特别是在纳米尺度。我们仅通过添加手性分子就能编程无机螺旋方向，这是材料化学的重大突破。"

为确认纳米螺旋的手性特征，研究人员开发了基于电动势(emf)的手性评估方法，测量了螺旋结构在旋转磁场下产生的电动势。左右旋螺旋产生相反的电动势信号，该方法可定量验证包括对光响应较弱材料在内的手性特征。

研究团队还发现该磁性材料通过其固有磁化（自旋排列）可在室温下实现长程自旋输运。这种由强交换能维持的效应不受手性轴与自旋注入方向夹角影响，在同等尺度的非磁性纳米螺旋中未被观测到。这标志着首次在相对宏观的手性体中测得非对称自旋输运现象。团队还展示了具有手性依赖传导信号的固态器件，为自旋电子学实际应用奠定基础。

金教授强调其潜在影响："我们相信该体系将成为手性自旋电子学和手性磁性纳米结构构建的重要平台。"这项研究实现了几何结构、磁性与自旋输运的深度耦合，且全部采用可规模化制备的无机材料。这种通用电化学方法不仅能控制旋向（左/右），还可调控螺旋股数（双链/多链螺旋），预计将为新应用领域作出重要贡献。