文章导读
当你以为提升自旋注入效率只能靠优化材料本身时，武汉大学的研究团队却把目光投向了一个被忽略的“缝隙”——不同材料之间的界面。电子自旋在穿越这个微观边界时极易“迷失方向”，这成了整个领域公认的瓶颈。然而，最新发表在《自然·通讯》上的研究，没有选择正面强攻，而是用一种“搭桥”般的巧妙策略，在异质结中精准构建了仅几纳米厚的手性过渡层。这层“桥”不仅大幅缓解了晶格应力，更将自旋注入效率提升至惊人的68%。这个看似微小的界面设计，性能竟能达到同类体系的两倍，它究竟是如何颠覆传统思路，为下一代光电芯片开辟全新路径的？
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（通讯员胡静、肖晋）近日，Nature Communications（《自然·通讯》）发表了武汉大学电气与自动化学院教授侯绍聪研究团队在自旋光电子方向的最新研究成果，论文题为“Precision engineering chiral interfaces for efficient spin injection in metal halide heterostructures”（面向高效自旋注入的金属卤化物手性界面设计）。在前期应变放大激子手性工作的基础上（J. Xiao, S.C.Hou*,et al.Physical Review Letters 2024,133, 056903），侯绍聪团队进一步针对“自旋信息高效传递”的关键科学问题，提出了原位手性诱导合成策略，在金属卤化物异质结中实现螺旋过渡界面。这一界面设计有效缓解了晶格失配问题，并大幅降低了缺陷密度，实现自旋输运的精准调控。该研究为开发高自旋极化度的自旋光电子学器件开辟了一条极具潜力的新途径。武汉大学电气与自动化学院2023级博士研究生肖晋和剑桥大学工程系石墨烯中心博士李杨为共同第一作者，侯绍聪为通讯作者。
图1 手性界面结构表征示意图：(a)有手性界面异质结构（左）和无手性界面异质结构（右）晶格结构示意图；(b)有/无手性界面时残余应变分布。
图2 手性异质结界面的原子级精准构建与高效自旋注入：(a)界面自旋注入效率定量方法；(b)有手性界面器件的J-V曲线和光电流极化度；(c)无手性界面器件的J-V曲线和光电流极化度；(d)有/无手性界面的器件的自旋注入效率。
电子自旋在器件中穿越不同材料交界处时易“迷失方向”，这是困扰自旋电子学发展的瓶颈。研究团队在不同材料之间，像搭桥一样精准生长了一层仅几纳米厚的手性过渡层，有效缓解了晶格失配带来的应力（图1），并延长了自旋弛豫时间。实验结果表明，该策略成功将自旋注入效率提升至68%，光电流极化度达到29%（图2），性能达到同类体系的两倍。这项工作从实验上确立了手性界面在自旋极化调控中的关键作用，为开发下一代自旋光电子器件及光电集成芯片提供了全新的技术路径。
该项工作得到了国家自然科学基金、武汉大学科研公共服务条件平台、电网环境保护全国重点实验室等支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69455-4
（供图：电气与自动化学院 编辑：赵冀帆）
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