我国学者在稀土自旋手性研究领域取得进展

图 手性诱导同手性环形磁矩

　　在国家自然科学基金项目（批准号：92261103、22201279）等资助下，中国科学院长春应用化学研究所/北京理工大学唐金魁团队与合作者在稀土自旋手性研究领域取得进展，相关成果以“镝基单分子磁环中的单一手性环形自旋态（Homochiral toroidal spin state in Dy (III)-based single-molecule toroics）”为题，于2026年2月23日在线发表于《自然·化学》（Nature Chemistry）。论文链接为https://www.nature.com/articles/s41557-026-02070-4。

　　单分子磁环作为集自旋与手性于一体的新型分子磁拓扑结构，在数据存储、手性自旋电子学和磁电耦合器件等领域具有广阔应用前景。过去二十年来，科研人员通过配体设计和配位化学策略在环形自旋态构筑方面取得显著进展，然而，如何在分子及晶胞尺度同时具有相同手性环形自旋排列，从而实现在均匀磁场下诱导出宏观环形极化，一直是该领域亟待解决的核心难题。

　　针对这一难题，该团队创造性地将分子手性引入单分子磁环，成功构建了一对具有严格等边三角形结构、结晶在立方晶系手性空间群P213中的Dy3对映异构体。单晶μ-SQUID测试结果表明，在30 mK至4.5 K温度范围内，该分子磁滞回线在± 0.65 T区间出现宽平台，展示典型的环形磁矩特征。在30 mK时，零场附近保留了约10%的剩余磁化强度，证实了体系中三个Dy3+离子基态磁轴在低温下呈现非共面环形排布。从头计算进一步揭示了晶胞中四个分子的环形磁矩方向完全一致，形成了同手性环形自旋基态。研究团队还利用磁手性二色性（MChD）光谱技术，研究了该环形自旋态在温度和外场下的取向与演变行为，首次在4.5 K以下观测到异常的光谱响应，该温度对应于Dy3+离子间磁耦合形成环形自旋态的临界温度。