Почему левые и правые молекулы проводят ток по-разному экспресс
Винтовая лестница задаёт ритм шагам: если по ней бежит поток людей, их движение неизбежно закручивается. Нечто похожее происходит в спиральных молекулах — например, в ДНК или некоторых белках. Когда через такую молекулу пропускают электрический ток, электроны не просто летят прямо. Они огибают изгибы молекулярной цепочки, и это круговое движение порождает крошечное магнитное поле — молекулярный орбитальный момент.
Именно этот внутренний магнитный вихрь, как показали авторы новой работы, отвечает за давнюю загадку физики — эффект хирально-индуцированной спиновой селективности (CISS). Суть эффекта проста: левозакрученная молекула пропускает электроны с одним направлением спина (собственного вращения) лучше, чем с другим, а правозакрученная — наоборот. Раньше считалось, что всё дело в контактах молекулы с электродами. Но эксперименты намекали: главный «фильтр» — сама молекула.
Новая теория связывает направление этого момента с хиральностью молекулы — её «левизной» или «правизной». Момент возникает из-за того, что путь электрона искривлён, словно русло реки. Это искривление действует на электрон подобно магнитному полю. В результате сопротивление молекулы меняется в зависимости от намагниченности контактов — даже если напряжение не меняет знак. Теория не нарушает фундаментальные законы симметрии и предсказывает новые эффекты: например, кривые тока от напряжения для левых и правых молекул могут пересекаться несколько раз.
Так модель из простой геометрии и тока объясняет широкий круг явлений — от магнитосопротивления до электрической магнитохиральной анизотропии (зависимости проводимости от направления тока и магнитного поля). Винтовая лестница внутри молекулы оказалась ключом к управлению спинами без внешних магнитов.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2606.17865
The microscopic origin of the chirality-induced spin selectivity (CISS) in helical molecules remains an open question. Recent experiments suggest that a significant contribution to CISS arises from the molecule itself, which is disregarded in existing interfacial or scattering based theories. Here we present an alternative theory of CISS to address this molecular contribution. The mechanism is based on the circulation of charge current in molecular loops that generates a molecular orbital moment (MOM). The direction of the MOM is governed by the gauge field arising from the structural distortion of the molecule and is associated with the handedness of the molecule. Such a MOM can produce finite CISS magnetoresistance and magnetochiral conductance asymmetries that are even in bias voltage, without violating the Onsager-Casimir reciprocity relations. Depending on the Fermi level and bias voltage, the MOM can be controlled externally, which can result in additional crossings of the enantiomer $$I-V$$ curves. Finally we explain the origin of the electrical magnetochiral anisotropy within the same framework, which establishes its generic applicability.
Эффект CISS настолько силён, что в некоторых молекулах спиновую поляризацию электронов удаётся получить почти 100-процентной — как в идеальном магнитном фильтре, но без громоздких магнитов.