近日，《自然・通讯》在线刊发了付英双教授领导的低维物理与量子材料团队的最新研究成果，文章题为《双层石墨烯上扭曲π-π堆叠诱导的铜酞菁分子电子手性》（Molecular electronic chirality in copper phthalocyanine induced via twisted π-π stacking on bilayer graphene）。我院覃浩钧硕士（已毕业）与博士生孙瑞静为共同第一作者，付英双教授为论文的通讯作者，华中科技大学为唯一单位。该论文被编辑推荐为“近期物理化学领域最好的五十篇论文之一”。
手性是自然界与人工体系中普遍存在的空间不对称特性，而电子手性是电子态呈现“左右手性”的量子现象，是分子电子学、量子化学与自旋电子学的前沿核心问题。长期以来，单分子电子手性的诱导机制尚未被充分阐明，传统路径多依赖分子结构扭曲或界面净电荷转移，难以实现纯电子态的精准调控。付英双团队利用超高真空低温扫描隧道显微镜/谱（STM/STS）技术，在双层石墨烯表面对铜酞菁（CuPc）单分子体系开展了原子级精度的表征与操控。实验观测到，CuPc分子在低偏压下呈现显著手性形貌，在高偏压下则恢复D₄ₕ四重对称结构，直接证明该手性源于纯电子态而非分子结构畸变。借助STM针尖操控，可对CuPc分子的左右手性对映体进行可逆、可重复转换，为单分子手性器件提供了直接调控手段。统计显示，两种手性切换概率相近，过程稳定可控。
图1. CuPc在双层石墨烯上的形态和堆叠结构。
理论计算证实，CuPc与石墨烯间的扭曲堆叠，引发二者碳原子pz轨道的π-π杂化，在分子轨道中形成空间不对称的杂化模式，进而诱导产生手性电子态。实验与计算证实，该过程仅存在极微弱的电荷转移，且分子无结构畸变，是完全区别于已有机制的全新手性诱导模式。
图2. CuPc分子电子手性的DFT计算。
此外，团队在无金属的酞菁（H₂Pc）分子体系中观测到了完全一致的手性现象，同时在SiC衬底的双层石墨烯体系中验证了该效应的普适性，充分证明了扭曲π-π杂化诱导分子电子手性机制具有广泛的适用性。这项研究首次揭示了纯轨道相互作用驱动的分子电子手性形成新机制，丰富了分子手性的诱导理论体系，为在单分子尺度上通过界面杂化工程设计手性分子电子器件提供了全新平台，也为分子手性量子材料的研发与应用奠定了坚实的理论与实验基础。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69713-5
