晶体的结构手性和电子手性
无结构手性晶体的电子手性
2026年2月4日 • 《物理》19, s17
即使晶体的原子排列本身没有手性，其内部仍可能出现具有手性的电子态。
高尔夫球杆、棒球手套，或某些晶体结构的手性（即“左右手”不对称性）很容易看出：它们的结构无法与其镜像完全重合。如今，日本原子能研究开发机构的石堀贵之与东京都立大学的服部和雅发现，即使一种晶体的原子结构本身是非手性的，其电子仍可形成手性状态。他们将这种现象称为“纯电子手性”（Purely Electronic Chirality, PEC）[1]。
四年前，理论物理学家提出，晶体结构的手性可以用一个单一数值 G0来量化。该数值由一个极矢量和一个轴矢量的内积给出：极矢量是电偶极矩，轴矢量则是电环偶极矩，它描述了电子自旋与轨道轴之间的几何关系，只在少数具有复杂轨道排布的晶体中出现。
石堀与服部寻找的是原子结构本身非手性的晶体，但其中电子相互作用能诱导出电环偶极矩，从而产生非零的 G0。
在某些晶体中，导电电子局限于二维平面。石堀和服部意识到，如果这类晶体还含有具有电四极矩的原子，那么内部电场就可能将这些电四极矩与电环偶极矩耦合起来。当电四极矩具有特定排布、且晶体具备合适的晶格结构时，就会出现纯电子手性（PEC）。
通过计算，研究人员确定金属间化合物“铀铑锡化物”满足所有条件。他们还发现，该材料中电子采用PEC态，可以解释其在54 K时发生的一个此前无法解释的相变。
——Charles Day
Charles Day 是《物理》杂志的高级编辑。
参考文献
T. Ishitobi and K. Hattori, “Purely electronic chirality without structural chirality,”Phys. Rev. Lett.136, 056402 (2026).