解开的spin-favouritism手性分子

一个新的理论模型解释了为什么手性分子支持运输电子在一个自旋状态,提供一个定量适合实验。¹

许多载流材料没有偏向他们传输电子的自旋状态,允许向上和向下的物种流个数相等。但手性分子可以更有鉴别能力,提供更容易通过一个自旋取向比其同行。

效果,称为chirality-induced旋转选择性,或独联体,已经好几年了。实验从2011年开始,例如,可以看出一个很明显的旋转不平衡电流通过时DNA链拴在一个金电极。²

这为什么会发生?一个好的起点可能是电磁效应。目前螺旋DNA的螺旋结构沿着分子轴产生一个磁场,就像在一个线圈的电线。这个领域与电子的磁矩相互作用,大力支持那些在一定方向旋转。是有道理的,但是有一个问题。这是数量级太小,说Yonatan Dubi以色列内盖夫的本-古里安大学的一位理论研究员,在以色列。“问题是,这还能产生什么?”

Dubi的答案在于黄金电极及其与DNA螺旋的交互。最近他提出了spinterface机制³(混合自旋和接口),电磁效应的种子更广泛的电极的电子轨道的对称性破缺。由此产生的旋轨道耦合驱动更大的自旋电流,进而反作用于轨道倾斜趋势更加明显。

这里的关键机制是磁化表面之间的相互作用和自旋不同分子,“Dubi说。

站,Dubi的理论仅适用于短分子。现在他已经扩展到覆盖长股DNA,并匹配实验。²

两个挑战了自己,第一次实验本身引起的。直接测量自旋电流非常棘手,所以实验推断它间接地通过连接一个磁化的镍电极的另一端DNA分子和测量电荷电流在两个不同的磁化强度。

第二个并发症来自热分子的振动,这模糊的电子波函数远离他们的纯净状态。“你不能使用相干量子力学描述DNA长40个碱基对,“Dubi说。

这个退相干的完整理论处理不可行复杂,但Dubi能够削减问题基于少量的现象学模型参数。关键的突破是实现之间的关系的微分电导测量水流和分子,允许Dubi匹配他的理论实验数据在他所谓的“非凡的”。

量子化学家汤姆费,加州大学伯克利分校在美国,也是达成一致。绘制图形的这两件事,它们看起来非常相似。这是一个非常令人信服的证据,这种机制。”

Fay持有浓厚的兴趣spin-dependent流程和指独联体为“一个有趣的小问题。但他和Dubi看到一个更加严肃的一面。自旋电子学-电子产品的延伸,利用自旋是一个快速增长的领域,和分子的自旋过滤可能用途广泛使用。Dubi列表对映体分离,magnetising纳米颗粒不使用磁场,和异国情调的设备称为记忆电阻器作为独联体的三个潜在的应用,而费设想的效果可以用量子态为量子计算做准备。

如果Dubi的工作是解释的影响,那么我们就可以开始预测[在]不同的分子,独联体的效果将会变得多么不同,”仙女说。'然后我们可以开始完善它,也许开始把一些可用的形式为这些应用程序。[但]还是有点路要走。”