日本东京科学大学理学院化学系的黄柏融助教与谷口耕治教授等人的研究团队，通过将具有对应左手右手性质的手性分子，以电化学方式嵌入层状半导体材料MoS2的层间或从中脱嵌，成功实现了半导体手性的反复切换，并证实该过程中可控制流经半导体的电子自旋取向。相关研究成果已发表在期刊《ACS Nano》上。
图1 层状半导体MoS2层间手性分子Mepy+的可逆嵌入与脱嵌（供图：东京科学大学）
近年来手性控制作为控制物质中电子自旋的新方法备受关注。其中，手性物质表现出的手性诱导自旋选择性（CISS）因具备无需磁铁即可生成自旋极化电流的可能性，其在新一代自旋电子学领域的应用备受期待。然而，以往物质的手性在合成时一旦确定，后续便难以自由赋予或消除，几乎无法用作物性控制的参数。
研究团队开发出了采用含有手性分子离子（S-或R-Mepy+）的电解液，通过电化学反应将分子可逆嵌入MoS2层间的方法。通过采用小尺寸手性分子，并将晶体应变抑制在极低水平，成功实现了分子在MoS2中的反复嵌入与脱嵌。实际经X射线衍射测量、拉曼光谱测试、电子显微镜观察等确认，手性分子已被均匀导入整个晶体。此外研究还明确，通过施加与手性分子嵌入时正负符号相反的电位，可使手性分子脱嵌，晶体结构恢复至原有状态。
研究人员对嵌入手性分子的MoS2电学特性进行详细研究后，观测到了电流导通难易程度随电子自旋取向变化的CISS。此外，研究还证实，可通过与手性分子的嵌入与脱嵌联动，可逆地控制CISS的出现与消失。
这些结果表明，通过将手性分子导入物质内部，可向半导体可逆地赋予手性。该研究提示了一种以电学方式实现手性开关控制的新方法，有望应用于无需使用磁体的新型自旋电子器件，以及不依赖外部磁场的低功耗电子材料。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：ACS Nano
论文：Reversible On–Off Switching of Chirality via Electrochemical Intercalation Control of Enantiopure Molecular Cations in a Layered van der Waals Material
DOI：10.1021/acsnano.6c04758
