手性描述物体与其镜像不能通过平移和旋转实现重合的性质，是贯穿物理、化学及材料科学的重要概念。本报告将围绕低维体系中的手性现象，介绍表面吸附与界面相互作用所诱导的几何结构手性、电子结构手性和自旋结构手性，并探讨其形成机制、调控规律及潜在应用。
在几何结构手性方面，结合第一性原理计算与扫描隧道显微镜实验，揭示了一系列表面吸附诱导手性现象的原子尺度机制，包括QA16C在Cu(110)表面的手性识别与手性畴生长、QA16C/Au(111)表面覆盖率驱动的对映体特异性取代相变、FePc/Au(111)表面热加氢–脱氢诱导的可逆单分子手性开关、Br原子介导的二维分子手性网络，以及FeF₂₀TPP在Au(111)表面手性自组装诱导的高度立体选择性环化脱氟反应等。这些研究揭示了表面化学环境、分子间相互作用与空间限域对手性形成及演化的关键作用。
在电子结构手性方面，利用第一性原理计算和 Wannier 函数拟合， 在一系列二维非手性金属有机框架结构中预言并系统研究了拓扑手性电子态。例如，Cu/Au-DCA二维有机拓扑绝缘体展现出非平庸的拓扑电子性质；基于Cu-DCB构筑的装饰三角晶格可实现居里温度约为100 K的有机量子反常霍尔绝缘体，并具有手性边界态；通过对232种金属团簇–有机框架材料（Y₃−/X₃Y₄−-THB）进行高通量筛选，发现16种本征拓扑绝缘体，其中α-Pb₃Zn₄-THB的自旋–轨道耦合带隙高达97.5 meV。
在自旋结构手性方面，利用对称性分析、第一性原理计算和微磁学模拟预言异质结中的磁斯格明子和手性非共线反铁磁体系及其调控方法。利用四势阱铁电材料与单层CrI₃构建多铁异质结构，实现了斯格明子晶格非易失、可逆多态电场调控；提出SrDQ机制，利用两层Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的对称性反转锁定层间手性，使体系净拓扑荷为零，从而消除铁磁斯格明子霍尔效应；进一步建立介于磁空间群与自旋空间群之间的准对称性理论框架，在Zr₂VC₂X₂等材料中实现自旋手性与铁电序的锁定及多功能耦合。
上述研究表明，镜像对称性的破缺贯穿几何结构、电子结构和自旋结构三个层次，手性也正在由传统意义上的静态结构特征，拓展为可调控、可寻址、可输运并具有器件功能的量子自由度。
这些工作的理论部分由中科院物理所的高艺璇、殷翼扬、李佩璇、张旭丹和赖婷博士、潘金波副研究员、中国科学院大学的陶蕾博士和张余洋教授，以及纳米中心的张礼智研究员共同完成。感谢中科院物理所高鸿钧院士团队的实验合作。