香港科技大學化學系教授盧海鵬率領的團隊，研發出手性鈣鈦礦多重量子井系統，讓自旋極化在室溫下維持約 5奈秒，較一般材料延長約 300倍；相關成果已刊載於《Nature Photonics》。
研究團隊採用兩階段種子輔助結晶法，製作具有不同量子井寬度且連續手性的結構，涵蓋二維、近二維至三維鈣鈦礦相。多重量子井形成能量梯度與全手性環境，藉由「自旋級聯」逐級傳遞自旋，降低介面自旋損失並抑制材料內部的自旋弛豫。
材料可產生圓偏振發光，發光不對稱因子最高達 1.4×10⁻²；自旋相依電荷傳輸的極化程度則超過 80%。團隊並完成X光觸發不對稱光聚合與圓偏振光偵測的原理驗證。
這項成果的核心並非政策或企業利益角力，而是自旋電子學長期面對的一項物理限制：電子自旋在室溫下容易因熱運動、材料缺陷與介面擾動迅速退相干。傳統半導體主要依靠電子電荷傳輸；若要讓自旋資訊在一般工作溫度下運作，材料必須同時滿足可製造、能維持手性、具備能量梯度，以及可抑制自旋散逸等條件。
研究團隊先以兩階段種子輔助結晶法建立不同寬度的量子井，並讓二維、近二維與三維相維持連續手性。這種結構不是單純堆疊彼此獨立的薄層，而是讓相鄰量子井彼此耦合，形成由窄至寬的能量梯度。自旋級聯的關鍵，是讓中間自旋狀態依序產生並傳遞，而非讓所有自旋在同一階段自行衰減。
從材料學角度看，此設計同時處理了自旋注入、傳遞、累積與讀出四個瓶頸。連續手性提供產生圓偏振選擇性的結構基礎，能量梯度則提供自旋傳遞方向；量子井之間的介面耦合降低自旋在邊界處流失，而不同相態的材料設計抑制了體積內的自旋弛豫。
不過，5奈秒仍是實驗室材料指標，不宜直接等同於可用晶片性能。真正跨越技術門檻的條件，還包括自旋注入效率、電荷載子濃度、缺陷密度、接觸結構、批次製造穩定性，以及長時間循環後的極化保持率。目前成果屬於材料與元件原理驗證，下一階段的關鍵將是如何把微觀自旋操控轉化為可重複製造的標準元件。
戰略貿易流向與供應鏈依賴度
HS 8542資料來源：UN Comtrade 聯合國商品貿易統計庫 · 全球市場規模 $5,800 億美元 / 年
自旋電子學的發展曾長期受限於低溫環境，後續材料理論與奈米結構設計才逐步證明，利用結構對稱性與外場控制自旋，不必完全依賴高磁性材料。此次港科大團隊的重要性，在於將「室溫可用」從低溫物理實驗推向兼具可加工性的鈣鈦礦多相架構。
01 起因觸發：HKUST團隊以連續手性多重量子井突破室溫自旋退相干限制
02 一階傳導：鈣鈦礦研究由載子傳輸延伸至自旋累積、圓偏振發光與自旋相依電荷傳輸
03 二階擴散：半導體、奈米製造與光電材料團隊開始關注多相介面耦合及自旋注入架構
04 產業外溢：偏振光偵測、光通訊、不對稱光催化與光學儲存成為潛在落地方向
05 宏觀終局：若量產良率與封裝穩定性同步突破，室溫自旋電子學可降低光電系統的能耗並拓展新運算架構
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