基于拓扑偶合性的旋度选择：分子结节中的拓扑手性诱导的稳健旋度极化
材料科学
2025-07-29 v1
摘要
与传统结构手性材料(如DNA、螺旋烷)相比，拓扑手性结节分子在手性诱导旋度选择(CISS)方面展现出多项显著优势，包括近90%的超高旋度极化、导电性提升两个数量级以及最高可达350C的高温稳定性。然而，其背后的物理机制仍不清晰。本工作首次建立了拓扑手性诱导旋度选择(TCISS)在结节分子中的fundamental理论框架，并识别了结节驱动旋度选择的必要条件。我们的计算结果表明，结节分子可实现超过60%的旋度极化，并伴随显著导电性。值得注意的是，无论是降低晶格数还是施加应力调节，都不会显著削弱这种超高旋度极化，这凸显了其稳健性。重要的是，当拓扑结节退化为平凡结构，伴随从拓扑手性向结构手性的转变时，旋度极化会急剧下降，这表明超高旋度极化与结节拓扑结构之间存在强烈关联。我们的理论不仅成功阐明了TCISS的物理机制，还发现了一种称为结节驱动旋度选择的新型旋度极化传输现象，为设计用于自旋器件的非磁性材料提供了新的设计原则。
引用
@article{arxiv.2507.20172,
title = {Knot-Driven Spin Selectivity: Topological Chirality-Induced Robust Spin Polarization in Molecular Knots},
author = {Xi Sun and Kai-Yuan Zhang and Shu-Zheng Zhou and Hua-Hua Fu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.20172},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 5 figures