摘要：分子材料科学研究所/综合研究开发机构（IMS/SOKENDAI）的研究人员研究了手性有机超导体κ‑(BEDT‑TTF)₂Cu(NCS)₂，观察到了巨大的非互易输运和超导二极管效应，远远超出了传统自旋轨道耦合的预测。他们的结果表明，分子手性有效地放大了自旋轨道相
分子材料科学研究所/综合研究开发机构（IMS/SOKENDAI）的研究人员研究了手性有机超导体κ‑(BEDT‑TTF)₂Cu(NCS)₂，观察到了巨大的非互易输运和超导二极管效应，远远超出了传统自旋轨道耦合的预测。他们的结果表明，分子手性有效地放大了自旋轨道相互作用，并诱导了混合自旋三重态库珀对，首次定量
测量了晶体超导体中的CISS。
研究发现，有机超导体中的手性能够诱发巨大的自旋电流耦合，模拟强自旋轨道效应。这为先进超导器件开辟了新的途径。
最近的研究表明，穿过手性分子的电子可以表现出强烈的自旋极化。这种现象被称为手性诱导自旋选择性（CISS），源于手性环境中电子运动与自旋之间复杂的相互作用。然而，准确测量和量化这种效应仍然是一项重大挑战。
为了进一步探索这一点，分子科学研究所（IMS）和综合研究开发机构（SOKENDAI）的研究人员研究了一种具有手性对称性的有机超导体。他们探究了自旋轨道耦合在产生非互易输运效应中的作用，并发现超导状态下存在异常大的非互易响应，这大大超出了现有的理论预测。
令人惊讶的是，这种明显的非互易性竟然在一种自旋轨道耦合本来就很弱的有机材料中观察到。这一结果表明，分子手性可以显著增强电荷流与自旋之间的相互作用，其机制可能是通过诱导混合自旋三重态库珀配对实现的。
手性中的非平凡自旋流耦合
近年来，人们已认识到诸如螺旋构象之类的手性结构不
仅仅是简单的几何特征。它们对电子传输有着显著且非同寻常的影响。其中最显著的表现之一就是被称为手性诱导自旋选择性（CISS）的现象，其特征是手性有机分子中存在出乎意料的强自旋极化。
传统上，电子传导过程中的自旋极化被归因于自旋轨道耦合，这是一种相对论效应，在含有重元素的材料中更为明显。然而，CISS效应在主要由碳和氢等轻元素组成的有机化合物中一直被观察到。这挑战了传统的理解，并表明存在一种此前未被认识到的电子运动与自旋之间的耦合，而这种耦合是分子手性所固有的。
尽管进行了大量研究，但由于检测 CISS 效应、选择合适的参考系统以及缺乏全面的微观理论模型，这种手性自旋流耦合的定量评估仍然是一个重大挑战。
与分子体系相比，晶体材料展现出一系列与自旋轨道耦合相关的有趣特性。尤其是在缺乏空间反演对称性的材料中，自旋轨道耦合会引起非互易输运——一种体电荷整流的形式。迄今为止，这种现象主要使用极性结构进行研究，最近的研究甚至在极性超导体中观察到了非互易输运。
迄今为止，关于非互易超导的微观理论已经得到很好的建立；已报道的实验已经通过基于传统自旋轨道耦合的模型定量地再现。
从另一个角度来看，IMS的研究团队注意到，这一进展将极性型超导体定位为与手性型超导体进行比较的明确基准。通过仔细研究手性超导体中的非互易性，并利用现有的微观理论，可以定量评估手性引起的自旋流耦合，而这此前一直难以实现。
手性有机超导体研究取得突破
受这些见解的启发，该团队专注于二维有机导体κ-(BEDT-TTF)₂Cu(NCS)₂（以下简称κ-NCS），它具有手性结构并表现出超导性。在κ-NCS的超导相中，CISS效应已得到证实，使其成为研究手性与超导性之间相互作用的理想平台。在他们的研究中，他们制作了手性超导体κ-NCS的薄膜器件，以探测非互易传输的存在。值得注意的是，他们观察到了一个巨大的非互易信号，其幅度远远超过了已报道的无机极性超导体的幅度。
鉴于无机极性超导体通常利用重元素来增强非互易性，在仅由轻元素组成的有机晶体中实现如此显著的效应实属不易。此外，我们的理论分析表明，观察到的非互易性无法仅用传统的能带参数来解释；相反，它需要远超典型有机能级的有效增强自旋轨道耦合，以及库珀对中的自旋三重态分量。
更令人瞩目的是，对另一种超导体整流现象——超导二极管效应——的研究，证明了高达5%的极高效率。这一性能对于有机材料来说是前所未有的，与最初报道的无机极性超导体的效率（约6%）相当。
这些发现表明，由手性驱动的自旋与电流之间的非平凡耦合，在超导态下充当了有效的自旋轨道耦合，从而在电阻和临界电流中都引发了巨大的非互易性。此外，自旋三重态库珀对的混合似乎是由这种增强的有效相互作用驱动的。
未来前景和社会影响
手性超导体中发现的稳健自旋流耦合解决了长期以来定量评估CISS效应潜在相互作用的难题。这一突破不仅有望对物理学和化学产生深远的影响，也为超导体整流的研究带来了新的视角——该领域迄今为止主要关注以重元素和极性对称为特征的无机体系。
有了这些新见解，手性和固态电子特性的研究将扩展到不同的材料系统，为创新的超导器件和功能材料铺平道路。
来源：电影的败家子
