通过电控对映纯离子的吸附，在非手性导电界面处实现邻近诱导的手性效应

《SCIENCE ADVANCES》：Proximity-induced chirality at the achiral conductive interface by electrical control of enantiopure ion adsorption

手性离子液体通过电双层晶体管调控二维MoS?表面诱导手性电子态，证实了电场调控下近邻效应对手性依赖电荷传输现象（自旋选择电导和电磁手性效应）的调控机制，为发展电可控手性器件提供新途径。

　　在现代科学技术中，手性是一个广泛存在的物理特性，它描述了物体无法与其镜像重合的几何特征。手性在多个领域中都扮演着重要角色，例如化学、物理学、生物学和天文学等。手性分子在这些材料中的存在，能够引发一系列独特的物理现象，如光学旋光、圆二色性（CD）、圆偏振光致发光（CPL）、磁斯格明子、手性诱导的自旋选择性（CISS）以及磁电旋光效应（eMChE）。这些现象通常与材料的电子结构、自旋态以及对外部场的响应密切相关。然而，尽管这些现象具有重要的应用潜力，如何实现对材料手性的可控设计和调控，仍然是一个尚未完全解决的问题。

近年来，有机-无机杂化材料被广泛研究为一种能够引入手性的新型材料。在这些材料中，手性分子的引入通常通过分子吸附的方式实现。例如，在二维有机-无机杂化钙钛矿结构中，通过将手性分子阳离子插入金属卤化物的无机骨架中，可以赋予材料特定的手性。这种手性转移不仅影响材料的光学性质，还可能改变其电子传输行为。值得注意的是，这种手性转移并不依赖于强化学键的形成，而是通过分子间的相互作用，如电荷转移、电子-声子耦合等机制实现的。

在这一背景下，手性离子液体被引入到电子器件的设计中，为实现对材料手性的可控调控提供了一种新的途径。离子液体具有良好的电导性和可调的电荷分布特性，可以通过外加电场对材料表面的分子吸附进行精确控制。这为开发一种新型的电子器件——手性电控晶体管（Chiral Iontronics）提供了可能。本研究通过构建一种基于手性离子液体的电双层晶体管（EDLT），展示了如何在非手性的二硫化钼（MoS?）表面人工引入手性，并通过观察CISS和eMChE等手性依赖的电荷传输现象，验证了手性的成功诱导。

EDLT是一种特殊的场效应晶体管，其栅极介电层由电解质构成。当施加栅极电压（V?）时，会在电解质与固体表面之间形成电双层（EDL），其中富含电子和离子。这种结构使得EDLT能够在极低的电压下实现高效的电荷传输，同时具备良好的可调性和稳定性。本研究中使用的EDLT结构，其栅极介电层为手性离子液体，通过调节V?的大小，可以控制手性分子阳离子在MoS?表面的吸附行为。这种调控手段使得MoS?的电子态能够被手性分子所影响，从而形成具有手性的导电界面。

实验结果表明，当使用手性阳离子（如[(R)-2MeBumim]?和[(S)-2MeBumim]?）作为栅极介质时，MoS?的导电性发生了显著变化。例如，在V?为+5 V时，MoS?表现出从绝缘体向导体的转变，这种转变被认为是由于手性分子阳离子在MoS?表面的吸附导致的。进一步的测量显示，当在电场诱导的导电区域施加磁场时，CISS效应和eMChE效应分别被观察到。CISS效应表现为自旋极化的电流，其方向取决于手性分子的结构；而eMChE则是一种非对称的磁电传输现象，其强度与磁场和电流的相对方向有关。

为了验证这些现象，研究人员使用了多种测量手段。首先，他们通过测量磁阻（MR）来评估CISS效应。实验发现，当磁场与电流方向一致时，MR表现出负斜率；而当两者方向相反时，MR则呈现正斜率。这种现象与手性分子阳离子在MoS?表面的吸附有关，表明手性可以被有效地引入到材料的电子态中。此外，eMChE的测量进一步确认了手性的存在。通过使用锁相放大器技术，研究人员检测到了与磁场和电流方向相关的二阶谐波电压，这表明eMChE效应在手性分子吸附的界面中得到了体现。

实验还发现，当使用非手性的离子液体（如[rac-2MeBumim][rac-Lac]）作为栅极介质时，无法观察到CISS和eMChE效应，这说明手性必须通过特定的分子吸附来实现。此外，实验结果还显示，手性诱导的电荷传输现象具有一定的可逆性和稳定性。在多次循环测试中，研究人员发现，在不同的栅极电压下，材料的电阻和MR信号仍然保持稳定，这表明手性可以通过电场进行有效调控，并且具有良好的重复性。

为了进一步理解手性诱导的机制，研究人员还对MoS?的厚度进行了研究。实验发现，无论是薄层MoS?（如50 nm厚）还是块状MoS?（如80-100 μm厚），其手性诱导的电荷传输行为都表现出相似的特征，这表明手性转移主要发生在MoS?的表面区域，而非其体相。此外，实验还发现，手性分子的吸附会导致材料表面的电子结构发生变化，从而影响其自旋态和电荷传输行为。

综上所述，本研究通过使用手性离子液体作为栅极介质，成功实现了对非手性MoS?表面手性的调控。这种调控方式不仅为开发新型的电子和自旋电子器件提供了可能性，也为“手性离子电子学”这一新兴研究领域奠定了基础。未来的研究可以进一步探索手性诱导的机制，以及其在不同材料体系中的应用潜力。通过深入理解手性与电子传输之间的关系，有望推动更多基于手性材料的创新技术发展。