《SCIENCE ADVANCES》：Chirality-induced magnetoresistance in hybrid organic-inorganic perovskite semiconductors
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在手性金属卤化物半导体（CMHS）中，半导体特性与可合成调控手性的结合，为室温下控制电子自旋特性提供了极具吸引力的平台，可利用手性诱导自旋选择性（CISS）等效应。研究人员报道了室温工作自旋阀中超过100%的CISS诱导磁电阻（CISS-MR）。这种高CISS
在手性金属卤化物半导体（CMHS）中，半导体特性与可合成调控手性的结合，为室温下控制电子自旋特性提供了极具吸引力的平台，可利用手性诱导自旋选择性（CISS）等效应。研究人员报道了室温工作自旋阀中超过100%的CISS诱导磁电阻（CISS-MR）。这种高CISS-MR归因于由手性和自旋调制的界面隧穿势垒，其产生的电流不对称因子（gc）超过了由相邻铁磁（FM）接触本征自旋极化决定的Julliere模型极限。CISS-MR依赖于CMHS组成，揭示了CISS与结构手性之间的构效关系。所观察到的超大隧穿磁电阻响应，不同于在无隧穿势垒时由FM/CMHS界面邻近效应引起的微弱各向异性磁电阻。该研究为手性半导体中的电荷到自旋转换提供了见解，并为控制和增强CISS响应以构建功能平台给出了设计原则。
研究背景方面，金属卤化物半导体（MHS）因可调半导体性质广泛用于光电器件，引入手性有机阳离子形成对映体纯手性半导体（CMHS），可产生圆光电效应、大自旋霍尔效应、手性声子激活塞贝克效应和手性诱导自旋选择性（CISS）等现象。传统自旋阀需两个铁磁电极，而CISS自旋阀仅需单个软铁磁电极，两电阻态由磁极化与立体化学构型决定。已有研究表明mc-AFM测得CMHS薄膜gc可达50%至94%，按理论应对应数百百分比MR，但宏观CISS自旋阀MR长期偏低，存在将纳米尺度高自旋极化转化为实用器件高MR的设计规则缺失问题。部分器件用缓冲层、部分不用，架构不统一也制约高性能实现。因此研究人员开展基于隧穿结的CMHS自旋阀研究，以厘清界面、势垒与组成对CISS-MR的调控机制。
关键技术方法方面，研究人员构建ITO/Ni/Al2O3/CMHS/Au隧穿自旋阀，以2 nm Al2O3为隧穿势垒；对比含两、一、零缓冲层三种架构；用外垂直磁场±1 T测I-V与磁电阻；以连续手性度量（CCM）和圆二色性（CD）定量结构手性；用无Al2O3直接接触器件考察磁邻近效应；以非磁电极和消旋/非手性MHS作对照；换用NiFe与垂直磁各向异性（PMA）的Pt/Co超晶格验证结论普适性；样本来自（R/S-MBA）2PbI4、（R/S-3BrMBA）2PbI4、（R/S-MBA）2SnI4、（R/S-NEA）2PbBr4单晶溶解旋涂薄膜。
研究结果部分，自旋阀制备与分析显示，FM/Al2O3/CMHS/Au呈非线性I-V，证实隧穿结形成；（R-MBA）2PbI4在正场低阻、（S-MBA）2PbI4在负场低阻，对映体反转则电导态反转。106个器件直方图显示多数MR为20%至50%，但大量器件MR＞100%，冠军器件达298%；无缓冲层架构MR最高，漏势垒器件RA积下降且MR降低，说明高质量隧穿界面对高CISS-MR决定作用。无Al2O3时直接接触产生欧姆短路但仍见较小MR，证实CMHS与FM间存在手性分子吸附邻近磁化（MIPAC）效应。
CISS对隧穿势垒的调制部分，Julliere模型限定gc不超FM本征极化（Ni约33%），MR上限约98.5%；但实验超出该限。MacDonald模型引入自旋依赖透射比τ，τ≈5.9即可解释298% MR。矩形势垒隧穿公式I～V exp[?2s√(2m/?2(Eb+χΔ?e|V|))]拟合表明CISS引起功函数变化Δ=20至100 mV，手性与磁化对齐时势垒降低、隧穿率升高。研究人员将此归于平衡静电框架：自旋选择性电荷局域化改变界面局域态密度，引起手性/磁化依赖的静电屏蔽，形成有效自旋依赖隧穿率。
讨论中的CISS-MR对组成与对称性的依赖部分，四种CMHS中MR趋势为（R-MBA）2SnI4＞（R-MBA）2PbI4＞（R-NEA）2PbBr4＞（R-3BrMBA）2PbI4。P212121与P21空间群均有MR，说明镜像对称缺失比螺旋轴方向更关键。CD因子gCD在同空间群内与MR部分一致；无机CCM比有机CCM更能预测MBA系列MR，说明参与电荷传输的无机亚晶格手性更相关。场依赖MR与Ni的M-H回线重合；非手性MHS或全非磁电极无MR；NiFe与PMA器件也呈现CISS-MR，证明现象不依赖特定FM。
研究结论翻译部分：本工作中宏观自旋阀架构探索与多种手性卤化物钙钛矿组成测量，使CISS自旋阀MR达到＞100%。MR与无机CCM及手性螺旋轴取向的关联表明，手性卤化物钙钛矿中CISS行为可被裁剪，具备高通量组成筛选潜力。研究人员揭示出与CISS相关的两类自旋依赖界面效应：基于界面层组成的隧穿磁电阻（TMR）与手性分子吸附邻近磁化（MIPAC）。研究明确了CMHS自旋阀中CISS赋能的自旋依赖隧穿势垒的关键作用，为利用溶液加工杂化半导体在室温控制自旋提供器件设计规则。卤化物钙钛矿的分子柔性与可调对称性破缺，为自旋、电荷与光的应用推进提供了优越平台。
