国庆节假期云茂高速茂名段可走“潮汐车道” 11:11 广告 广告 广告 了解详情 > 会员跳广告 首月9.9元 秒后跳过广告
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据了解,“潮汐车道”又称“可变车道”,是指车辆行驶方向可根据交通管理需求与时段性交通流特征动态调整的专用车道。
交通管理部门在高速公路设置了可以快速开启的中央活动护栏,平时关着,需要的时候一打开就成了一条临时通道。
位置一般选在服务区前后这些视线好、条件允许的地方,至于是否开启,交通管理部门会综合研判对向车流量、视距、天气等条件,确认安全后才会启动。
借道通行仅限小型车辆驶入,由警车带道通行,借道区间限速60公里/小时,通过立交、匝道灵活切换,完成车流疏导。
据介绍,借道路段全程严禁超车、变道、掉头、倒车,司机要留意路面标牌,服从现场指挥,有序通行。
借道通行后,按照指引安全驶回主车道。
此项措施仅在节假日等出行高峰期启用,会根据实时车流动态调整,并非全天候开放,广大驾驶人务必遵从现场交通标志指引,听从交警指挥,安全有序通行。
它最吸引人的地方在于:一个本身并不具有铁磁性的手性分子,竟然可以对不同自旋方向的电子产生不同的传输概率。
换句话说,手性结构本身就可以充当“自旋过滤器”。
CISS:charge current chiral structure spin-polarized current 由此自然产生一个问题:如果手性结构可以把电荷输运转化为自旋极化,那么这个过程能否反过来——把自旋信息重新转化成电荷信号?这正是 inverse CISS(ICISS,逆手性诱导自旋选择效应)要回答的问题。
01 为什么ICISS 值得关注? 现代自旋电子学的核心任务之一,是在“电荷”和“自旋”之间实现快速、低功耗并且可控的相互转换。
传统路线主要依赖自旋霍尔效应(SHE)和逆自旋霍尔效应(ISHE)。
SHE:Jₛ ∝ Jc σₛ | ISHE:Jc ∝ Jₛ σₛ 但传统SHE/ISHE 往往依赖较强的自旋-轨道耦合材料,同时受到自旋霍尔角、自旋扩散长度以及材料体系的限制。
CISS 则提供了另一种思路:利用分子几何结构本身调控电子自旋。
因此,如果手性材料既能实现charge-to-spin conversion,又能实现 spin-to-charge conversion,就意味着手性本身可以成为控制自旋-电荷互换的一个新自由度。
02 CISS 和 ICISS,到底有什么区别? CISS 中,未极化的电子进入手性结构后,不同自旋电子具有不同的传输概率,最终得到自旋极化电流。
CISS:电荷流 手性结构 自旋极化 ICISS 则从一个具有确定自旋极化方向的自旋流出发。
由于手性结构对不同自旋电子的传播方向存在偏好,体系中出现净电荷重新分布,最终形成可直接测量的电压信号。
ICISS:自旋流 手性结构 电荷响应 03 实验上怎么产生“纯自旋流”? 这项理论工作对应此前手性共轭聚合物中的实验构型。
体系由上方的自旋注入层和下方的手性聚合物层组成;实验中,自旋注入层使用Ni₈₁Fe₁₉。
通过铁磁共振驱动磁化进动,可以产生spin pumping,使界面形成自旋积累,并向手性层注入纯自旋流。
论文模型中,自旋流沿垂直界面的方向注入,而自旋极化方向位于分子层平面内。
图1|原论文 Fig. 1:自旋注入、ISHE 与 ICISS 的物理示意图。
图源:原论文。
04 真正关键的问题:电子为什么会发生偏转? 作者认为,整个体系中有两类重要的自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling, SOC)。
·第一类来自异质界面电场所诱导的Rashba 型 SOC。
·第二类来自螺旋分子自身的分子内SOC:电子沿螺旋结构运动时,动量、局域电势梯度与自旋发生耦合。
因此可以得到一个直观的物理图像:SOC 负责让不同自旋电子产生不同方向的偏转;手性结构进一步打破沿螺旋轴正反方向的传播对称性。
二者共同作用,产生 ICISS。
05 ISHE 与 ICISS:看起来相似,本质却不同 对于传统ISHE,自旋流进入材料之后,不同自旋电子发生横向偏转,产生的电荷流满足: ISHE:Jc ∝ Jₛ σₛ 因此ISHE 的方向由自旋流方向与自旋极化方向共同决定,并且对分子的左手或右手结构并不敏感。
而在ICISS 中,作者得到的关系更接近: ICISS:Jc ∝ ΩR/S 这里ΩR/S 表示手性分子的螺旋轴。
也就是说,ICISS 中产生电荷响应的方向直接受到分子手性轴控制。
这是其区别于传统 ISHE 的核心。
06 左手与右手分子,会产生相反的电压 作者系统比较了左右手性分子的输运性质。
ISHE 条件下,右手与左手结构的曲线几乎完全重合;但在 ICISS 条件下,改变分子手性会直接使电压信号反号。
ISHE:Right-handed Left-handed | ICISS:Right-handed = − Left-handed 这意味着ICISS 并不是普通的自旋霍尔信号,而是一个真正携带“chirality fingerprint”的电学响应。
07 自旋方向必须“看见”手性轴 论文进一步改变注入自旋的极化方向。
设自旋极化方向与分子手性轴之间的夹角为θ,则 ICISS 近似表现出 cosθ 型角度依赖。
VICISS(θ) = VICISS(0) cosθ 当θ = 90,即自旋极化方向与手性轴垂直时,ICISS 基本消失;当自旋方向翻转 180 时,电压也随之翻转。
重要启示 CISS/ICISS 并不是“材料只要有手性就一定出现”。
真正关键的是手性轴、电子运动方向和自旋方向三者之间的空间关系。
图2|原论文 Fig. 2:ISHE 与 ICISS 的能量依赖。
ISHE 基本与手性无关;ICISS 则随左右手性反号。
图源:原论文。
08 ISHE 与 ICISS 还能相互竞争或协同 当自旋极化方向在分子平面内连续旋转时,同一测量方向上可能同时包含ISHE 与 ICISS 两种贡献。
于是总电压可以写成两项叠加: V = VISHE cosθ + VICISS sinθ 某些角度下,两者方向相反并相互抵消;另外一些角度下,两者同向并相互增强。
由此,电压的角度曲线会出现明显的相位偏移,而这个相位偏移又与分子的左右手性相关。
09 ICISS 对结构无序 surprisingly robust 真实的手性聚合物薄膜不可能完全有序,必然存在取向偏差、缺陷、杂质和局域势能波动。
作者因此在模型中加入较强的随机无序,并对1000 组不同无序构型进行统计。
结果显示,ISHE 和 ICISS 均保持相对集中的信号分布。
这说明 ICISS 并不是只在理想有序模型中存在的脆弱效应,而具有一定的抗无序能力。
图3|原论文 Fig. 3:自旋极化方向旋转时,ISHE 与 ICISS 的角度依赖及其竞争/协同行为。
图源:原论文。
10 材料尺寸也会决定ICISS 的强弱 作者进一步研究了分子层厚度Lx、横向宽度 Ly 以及沿手性轴方向的分子长度 Lz。
·厚度增加时,ICISS 先增强、达到最大值后再降低,反映自旋扩散、自旋回流和电阻变化之间的竞争。
·改变垂直于手性轴的横向宽度Ly,ISHE 明显变化,而 ICISS 基本保持不变。
·增加沿手性轴方向的分子长度Lz,ICISS 逐渐增强并趋于饱和,这与 CISS 中常见的长度依赖行为相似。
图4|原论文 Fig. 4:ISHE 与 ICISS 对材料厚度、横向宽度和分子长度的不同尺寸依赖。
图源:原论文。
11 这篇工作的核心贡献是什么? 如果把整篇论文压缩成一句话,可以概括为:作者给出了一个由“手性结构 + SOC + 自旋依赖电子偏转”构成的 ICISS 微观物理图像,并解释了为什么改变分子手性会直接改变 spin-to-charge conversion 的方向。
·理论上重现了此前实验观察到的ICISS。
·解释了ICISS 为什么会随着手性反转而反号。
·明确区分了ISHE 与 ICISS 的电荷转换方向和控制变量。
·进一步预测了角度依赖、ISHE-ICISS 竞争协同以及尺寸效应。
12对“自旋极化电催化”的进一步启发 对于手性电催化,一个长期存在的问题是:很多工作通过反应性能变化、外磁场响应或离线自旋表征来间接论证CISS,但真正参与催化反应的界面电子是否在 operando 条件下发生了可测量的自旋选择,往往仍缺少直接证据。
如果ICISS 可以拓展到复杂的固液催化界面,那么可能出现另一条检测路线:主动向手性催化界面注入已知方向的自旋流,再读取由手性界面产生的电荷响应。
一个具有说服力的实验体系至少应同时满足:左右手催化剂信号反号;消旋或非手性对照显著减弱;旋转自旋极化方向出现可预测的角度关系;并能进一步与反应速率、选择性或关键中间体覆盖度建立关联。
结语 从单向筛选到“手性-自旋-电荷”的闭环 CISS 最初告诉我们:分子的几何手性,可以选择电子自旋。
ICISS 又进一步表明:自旋信息同样可以借助手性结构转化为宏观可测的电荷信号。
Chirality ⇄ Spin ⇄ Charge 当这种物理图像进一步延伸到化学反应和电催化界面,一个更深层的问题也随之出现:手性能否成为像电势、应变或电场一样,可以主动操控界面电子状态和反应路径的物理自由度?这可能比单纯追求某一个反应的性能提升更值得长期关注。
原文信息 Tian-Yi Zhang, Peng-Yi Liu, Ai-Min Guo, Qing-Feng Sun. Spin-to-charge conversion driven by inverse chiral-induced spin selectivity.Phys. Rev. Lett. -Accepted24 August, 2026
该团队的目标是冲击0.8马赫(约988公里/小时)的飞行速度,打破已保持9年之久的遥控模型飞机世界速度纪录。
3D打印遥控飞机 目前,这项吉尼斯世界纪录由德国飞行员尼尔斯·赫布里希于2017年创造,成绩为749公里/小时(465英里/小时)。
The Mach Initiative的Kingchaser若达到设计目标,将大幅超越这一纪录。
Kingchaser重约9公斤(20磅),机身外部绝大部分采用标准PETG材料通过3D打印制成,并辅以碳纤维杆和铝制框架进行结构强化。
为承受跨音速飞行带来的气动加热,团队将发动机舱材料从PETG更换为PPS-CF(碳纤维增强聚苯硫醚),并在外部包裹碳纤维层,同时使用钛合金排气板和铝箔胶带对打印件进行热防护。
团队还将机身蒙皮打磨至1000目砂纸的细腻程度,因为在该速度区间,蒙皮摩擦阻力而非压差阻力才是主要阻力来源。
该项目的技术积累经历了两个阶段。
团队首先制造了小型验证机“Kinglet”,采用电动涵道风扇(EDF)作为动力,以低成本方式迭代气动设计,并验证了模块化快速更换部件的可行性。
随后,团队推出了长度略低于1米的喷气式原型机“Kingfisher”,搭载JetCat P60微型喷气涡轮发动机(推力63牛),于今年1月完成首飞,最高速度达到330公里/小时。
Kingchaser是在Kingfisher基础上放大20%的全新设计。
由于英国试飞场地跑道较短,团队放弃了原计划的150牛发动机方案,转而搭载推力达300牛(约68磅力)的更大发动机,推力是Kingfisher所使用发动机的五倍。
飞机配备两枚70公斤·厘米扭矩的伺服舵机驱动升降副翼联动机构,舵机和铰链直接固定在铝制结构上以抑制颤振。
航电系统采用TBS Crossfire遥测链路,具备地理围栏监控和链路丢失油门切断功能;机载RunCam 2相机被改造后嵌入进气道内,仅露出传感器,从后方拍摄控制面以捕捉颤振迹象。