手性是一个基本属性，在化学、物理和材料科学等多个学科中具有深远的影响。通过在非手性石墨烯和其他二维（2D）范德瓦尔斯材料中创建手性，展示了优异的性能和令人期待的应用。然而，手性引入到二维架构中的过程仍面临着挑战，目前已有的具有自旋电子功能的二维手性材料的例子仍然相对有限。

石墨烯作为最经典的二维材料之一，具有高电导率、优异的电化学稳定性和高机械强度，使其成为自旋电子学器件的理想候选材料。将其以特定角度卷曲是将手性引入二维材料的一种简便方式。然而，由于缺乏通用的手性卷曲方法，关于手性石墨烯卷甚至任何材料的手性卷状结构的实验研究仍然非常有限。在此，天津大学胡文平教授、雷圣宾教授、李奇峰教授和沈永涛副教授联合开发了一种通用的蜡辅助浸入方法，用于制备具有可控手性的石墨烯卷，这种方法也可以推广到其他二维材料中，实现高产量生产。制备出的左旋和右旋石墨烯卷表现出显著的光学活性和优异的自旋选择性效应，室温下的自旋极化率超过90%。通过精确控制手性角，作者能够在定制的石墨烯卷中实现可调的手性诱导自旋选择性，这一特性使其与其他碳材料或现有手性材料区分开来。狄拉克费米子模型表明，电子主要沿着手性卷曲的一侧移动，从而产生首选的自旋极化。这种手性诱导的自旋选择性效应是有限自旋选择性的结果。本方法为二维材料赋予了可调的手性特性，为量子行为的探索和室温自旋电子技术的发展提供了新的可能性。相关成果以“Graphene rolls with tunable chirality”为题发表在《Nature Materials》上，第一作者为张恩冰，丁帅帅、李晓鹏、马翔云, 高小青, 刘磊为共同一作。

图1：手性石墨烯卷的形成的示意图和统计分析

总的来说，作者的蜡浸水方法是一种通用的技术，能够高产量地制造2D材料的手性卷。通过这种方法，作者成功实现了从无手性石墨烯到一维手性石墨烯卷的受控转换，进而探索其独特的自旋电子学特性。作者认为，进一步研究手性角度的调整以及其与自旋选择性（CISS）效应之间的关系，将为定制石墨烯及其他2D材料的电子结构提供新的自由度。手性卷材料的单面电子流特性实现了强自旋选择性，促进了有效的电子自旋操作，使石墨烯卷具备多功能自旋电子学功能。此外，这些材料中自旋与轨道自由度的相互作用为量子现象和拓扑态的出现提供了途径，从而为开发量子设备和量子计算平台提供了潜力。通过深入探索手性2D材料，研究人员可以解锁其全部潜力，推动下一代设备的发展，产生如手性等离子体和非线性霍尔效应等前所未有的现象，对材料科学领域的创新产生深远影响。

文献信息DOI:10.1038/s41563-025-02127-8