压电手性效应

手性是指物体与其镜像不能完全重叠的几何特性，广泛存在于物理、化学和生命科学中，例如磁-手性各向异性、不对称合成和手性药物作用等。长期以来，科学家主要通过自下而上的方法（如晶体生长、分子合成）来设计手性材料，或借助外部刺激（如压力、光场）调控已有的手性。但这些方法难以从零开始、精准可控地‘产生’手性——尤其无法预先设定产生的手性是左手还是右手。本文首次提出并证实了‘压致手性效应’（piezochiral effect）：对特定非手性晶体施加机械应变（拉伸或压缩），可直接诱导出手性，且手性方向（左/右）可通过改变应变方向（如沿x轴或y轴）或切换应变类型（拉/压）来精确调控。研究团队以硫镓银（AgGaS₂）晶体为模型系统，通过理论对称性分析发现：该晶体每个晶胞内包含左右手性相反的亚结构，整体呈反手性排列，因而宏观上不显手性；施加单轴应变后，对称性降低，左右手性亚结构的平衡被打破，产生净手性。密度泛函计算证实，沿不同方向施加应变会导致手性符号反转。实验上，研究人员测量了应变下AgGaS₂晶体的光学活性（即偏振旋转），结果清晰显示：光学活性随应变线性变化，且拉伸与压缩应变产生的旋转方向相反；沿x轴与y轴施加应变时，旋转符号也相反。这直接验证了理论预测。该效应拓展了‘应变工程’的范畴，与压电效应、压磁效应并列，成为应变响应功能的新成员。未来应用前景广阔：例如集成到微机电系统（MEMS）中实现片上手性调控，开发动态可调的手性光学器件、手性生物传感器；用于不对称催化，通过应力实时调节催化剂的手性选择性；还可为量子材料中手性序的探测与操控提供新途径，在光子学、自旋电子学、生物传感和量子信息等领域具有跨学科意义。