手性驱动的磁化源于相对论四电流动力学
介观与纳米尺度物理
2025-09-12 v2 应用物理
化学物理
摘要
手性诱导自旋选择性(CISS)是一种引人注目的量子现象，其中通过手性分子的电子输运导致自旋极化——即使在没有外部磁场或磁性成分的情况下。尽管在DNA、螺旋烯、蛋白质和聚合物等系统中观察到，但CISS的基本物理起源仍未解决。在这里，我们引入了一个含时相对论四电流框架，其中电荷和电流密度根据含时变分原理演化。实时相对论四电流模拟能够直接分析螺旋电流和感应磁化动力学。应用于螺旋烯——缺乏立体中心的手性分子——我们的模拟揭示了曲率诱导的螺旋电子流，这些电流产生沿分子轴排列的自发磁场。这些场具有手性依赖性，并且每个单螺旋烯链的强度达到特斯拉。我们的结果表明，CISS可能源于手性分子内固有的相对论曲率诱导的螺旋电流和相关磁场。这种四电流机制为自旋选择性的驱动力提供了一个自洽的解释，独立于界面效应或非物理增强的自旋-轨道耦合。此外，我们的结果提供了一个新的视角，提供了一个统一的框架，有可能调和许多现有的假设和理论模型，同时也提出了几个可以在实验中检验的可测试预测。
引用
@article{arxiv.2504.03781,
title = {Chirality-Driven Magnetization Emerges from Relativistic Four-Current Dynamics},
author = {Shiv Upadhyay and Xuechen Zheng and Tian Wang and Agam Shayit and Jun Liu and Dali Sun and Xiaosong Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.03781},
year = {2025}
}