分子振动引发的自旋极化导致手性分子的选择性反应

手性是一种镜像不对称的特性，广泛存在于物理、化学、生物等领域。近年来，手性诱导自旋选择性（CISS）现象（如手性分子结的磁电阻、铁磁基底对映体分离等）备受关注，但其微观机制一直存在争议。以往观点多认为CISS源于手性分子中的电流诱导自旋极化，但存在违反昂萨格倒易关系、自旋弛豫时间过短等问题。

本研究通过定制电化学池，以手性电解质樟脑磺酸（(S)-或(R)-CSA）为研究对象，采用具有垂直磁化特性的CoPt/Au电极，进行了时间分辨磁电导（MC）测量。实验发现，MC效应具有手性依赖性：(S)-CSA导致正MC效应，(R)-CSA导致负MC效应，外消旋混合物则无明显效应。同时，MC效应随电极面积增大而增强，随Au间隔层厚度呈现约2nm周期的振荡行为，类似于Fe/Cr/Fe等体系中的层间交换耦合。

基于上述结果，研究提出分子振动而非电流是CISS的核心驱动机制：在外部磁场作用下，分子振动的半周期（τ+和τ-）因自旋-振动耦合和振动角动量而产生差异，导致自旋角动量时间导数（dS/dt）的极性持续时间不同，从而形成净自旋极化。第一性原理计算验证了这一点，特定振动模式（如1770 cm-1的C=O伸缩振动）在磁场中可诱导手性依赖的自旋极化。

该机制解释了无偏压下的CISS现象、铁磁体对映体分离等以往难以理解的问题，将自旋动力学研究从传统固态物理拓展到化学反应、分子生物学和药物研发等领域，为相关应用提供了全新理论基础。