國立研究開發法人日本原子力研究開發機構（JAEA，簡稱原子力機構）原子力科學研究所尖端基礎研究中心強關聯錒系元素科學研究團隊的德永陽團隊負責人與石飛尊之博士研究員（現為日本東北大學研究生院理學研究科博士研究員）、日本東北大學金屬材料研究所的清水悠晴助教（現為東京大學物性研究所助教）、青木大教授等人組成的研究團隊於7月28日宣布，在鈾化合物「URhSn」中發現了儘管晶體結構左右對稱、但僅電子排列具有手性的電子狀態。該成果有望應用於新型光學功能材料和自旋電子學材料的開發。相關成果已發表在《Physical Review Letters》的7月20日刊上。
圖1 研究成果概要（圖片提供：日本原子力研究開發機構）
像左手和右手那樣鏡像與原像不重合的性質被稱為「手性（chirality）」，即使由相同原子構成的化合物，它也與醫藥品藥效差異、香氣和味道差異等各種現象相關，已成為支撐生命、食品、材料化學的重要概念。
以往學界普遍認為，產生手性必須要求原子排列呈左右不對稱。
研究團隊於2026年2月從理論上發現了即使原子排列左右對稱、電子運動（排列）也會產生手性的「純電子手性」的存在。「純電子手性」是電子排列自發選擇右手系或左手系從而產生手性的概念，此後研究團隊一直在推進候選物質的探索。
此次研究人員在已明確的「純電子手性」產生條件下探索了候選物質。使用符合條件的由鈾（U）、銠（Rh）、錫（Sn）組成的化合物「URhSn」晶體樣品，通過核磁共振（NMR）法詳細調查了電子狀態。
NMR法是利用原子核在磁場中表現出的共振現象的測量方法，與MRI原理相同，可高靈敏度地調查物質內部的電子狀態、磁性以及原子周圍的局域環境。
已知「URhSn」的晶體結構本身不存在「手性」。
研究發現，當冷卻至零下219℃（54K）以下時，物質內部電子的對稱性發生變化。鈾原子周圍電子分佈出現明確方向性，其排列方式整體形成了具有手性的新電子狀態（手性反鐵四極子序）。
反鐵四極矩秩序是電子電荷分布的方向和畸變在相鄰位點以相反方向（反鐵性）規則排列的狀態，過去已有在稀土、錒系化合物中的相關報導。
此前未有僅通過電子狀態變化就能產生手性物質報告，本研究的發現顛覆了傳統常識，由此證明了該理論預測的正確性以及這種電子態的真實存在。
德永團隊負責人表示：「我認為今後必須以本次研究成果獲得的認知為起點，探明該現象會在哪些物質、何種條件下產生。通過探明這些問題，我們的首要目標是實現該現象在室溫下顯現。未來，若將其應用於可低能耗切換手性的技術，有望開發出自由度更高的器件。由於鈾化合物操作難度大、研究門檻高，因此仍存有大量未解之謎，是蘊藏全新量子態的寶庫。我們認為本次成果展現出了這類材料巨大的應用潛力」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Physical Review Letters
論文：NMR Evidence for Spontaneous Electronic Chiral Order in URhSn
DOI：doi.org/10.1103/1vjx-4jfv
