journal article·2026Open access

Spin–orbit coupling and beyond in chiral-induced spin selectivity

Ruggero Sala, Sushant Kumar Behera, Abhirup Roy Karmakar, Matteo Moioli, Rocco Martinazzo, Matteo Cococcioni

Nanoscale· Volume 18· Issue 19

Abstract

Chiral-Induced Spin Selectivity (CISS) describes the emergence of spin-polarized electron transport in chiral systems without magnetic fields-a remarkable effect in light-element materials with weak intrinsic spin-orbit coupling (SOC). This mini-review analyzes the microscopic origins of CISS, highlighting how molecular chirality, local electric fields, and dynamic distortions enhance effective SOC and drive spin-dependent transport. We critically assess existing models in terms of their symmetry constraints, phenomenological assumptions, and compliance with Onsager reciprocity. Recent developments combining relativistic quantum mechanics and complete multipole representations reveal a direct link between chirality density and spin current pseudoscalars, suggesting a field-theoretic foundation for CISS. These insights could help positioning light-element chiral nanomaterials as tunable platforms for probing and engineering spin-selective phenomena at the nanoscale.
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Research context

OpenAlex topics: Magnetic properties of thin films · Topological Materials and Phenomena · Magnetism in coordination complexes

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Affiliations

Department of Chemistry, Università degli Studi di Pavia and INSTM, Via Taramelli 12, 27100 Pavia, Italy

University School for Advanced Studies (IUSS), Piazza della Vittoria 15, 27100 Pavia, Italy

Department of Physics “A. Volta”, Università degli Studi di Pavia, Via Bassi 6, 27100 Pavia, Italy

Department of Chemistry, Università degli Studi di Milano, Via Golgi 19, 20133 Milano, Italy

Funding

Ministero dell'Università e della Ricerca

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