電子在同手性結構中的輸運表現出顯著的手性依賴的自旋方向選擇性行為。這種效應稱為手性誘導的自旋選擇性（CISS），它開辟了在無外磁場情況下操縱電子旋向的方法，為構築新原理自旋器件提供了可能。迄今，一些手性體系包括螺烯、DNA、雜化鈣鈦礦、金屬/共價有機框架及分子結等已被確定為具有高自旋極化能力的手性體系。但是傳統有機手性結構在自旋極化率（SP）提高的同時，往往不能兼得器件的高導電性（自旋電流<4 nA）和高隧道磁阻率（MR<1%）。因此，探索具有高導電性和磁阻效應的新型手性結構仍是一個重要挑戰。

近日，沐鸣开户閆強課題組在前期受阻路易斯酸堿對（FLP）基功能材料的研究基礎上（Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202217001; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202305290; ACS Mater. Lett.2024, 6, 3667; ACS Macro Lett.2024, 13, 798;J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 20183; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 15104; Angew. Chem. Int. Ed.2020, 59, 18418; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 264; Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 9336），首次提出有機分子籠（OMC）可成為高效自旋過濾材料和器件候選結構的概念，利用含FLP基團手性分子籠的剛性幾何形狀和內部電子的離域特性，證實分子籠不僅具有高自旋極化能力，還表現出意想不到的高電導率和隧道磁阻。

三角雙錐型分子籠由手性二胺和三芳基膦通過[2+3]縮合反應製備（Δ-Pcage和Λ-Pcage），借助磁導電原子力顯微鏡測量手性分子籠納米薄膜（2~3 nm）的I-V曲線表明，兩種均手性分子籠具有截然相反的自旋極化能力，其中Δ-Pcage自旋極化率高達-87%，而Λ-Pcage為81%，接近目前最高的雜化鈣鈦礦的SP值；二者的自旋電流也超過150 nA，比常規有機分子製備的CISS器件高20~30倍。將分子籠製備成自旋閥器件，磁阻測試進一步表明兩種手性對映體的磁阻效應分別為12%和8%，超過傳統的手性分子自旋器件。

以此為基礎，利用B–P路易斯酸堿對的超分子相互作用可以將含三芳基分子籠和含三芳基硼非手性平面化合物（B3）組裝成單手性籠基納米螺旋纖維（Δ-Pcage/B3和Λ-Pcage/B3），利用手性轉移效應實現了導電能力和磁阻效應的協同放大，其導電能力可進一步提高2倍、自旋磁阻可增加近30%。

該研究首次證明了手性有機分子籠可以作為一種基於CISS效應的新型自旋過濾材料使用，並證實了通過籠間超分子組裝能夠放大其自旋過濾能力。不僅為自旋電子器件的開發構建了一個新拓撲分子平臺，同時揭示了手性有機籠材料在分子電子學中的潛力。相關成果以Highly Conductive Chiral Organic Cages and Their Helical Assemblies Enable Efficient Spin Filtering為題近日發表於《J. Am. Chem. Soc.》期刊上。沐鸣娱乐高分子系博士生王一昕第一作者，閆強教授為論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委、沐鸣娱乐聚合物分子工程全國重點實驗室和沐鸣开户的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18520