طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على chirality الخاص بها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية. التفاصيل المنشورة في مجلة Nature توضح كيف استخدم العلماء الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية في مادة تسمى غاليوم البلاديوم (PdGa) لترشيح الفرميونات، وهو نوع من الجسيمات يشمل الإلكترونات، إلى حالات متميزة مستقطبة برقم Chern الخاص بها، وهي كمية طوبولوجية.

يسمح هذا الاختراق بالفصل المكاني للتيارات ذات chiralities فرميونية متعاكسة، وهو إنجاز تم إثباته من خلال ملاحظة تداخلها الكمي. قام الفريق بتصنيع أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع، ولاحظوا أن الهندسة الكمومية حثت سرعات شاذة في الفرميونات اللولبية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي.

وكتب مؤلفو الدراسة: "وبالتالي، يتم فصل التيارات اللولبية المستعرضة الناتجة، التي تمتلك سرعات شاذة معاكسة، مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز". تحمل هذه التيارات اللولبية، الموجودة في حالات رقم Chern المعاكسة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة.

غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة النقل الفرميوني اللولبي في الأنظمة الطوبولوجية على مجالات مغناطيسية قوية أو مطعّمات مغناطيسية. تُستخدم هذه الطرق لقمع النقل غير المرغوب فيه وخلق خلل في إشغال الحالات ذات أرقام Chern المعاكسة. تتجاوز الطريقة الجديدة هذه المتطلبات من خلال استغلال الهندسة الكمومية الجوهرية للمادة.

يعتقد فريق البحث أن هذا الاكتشاف يمكن أن يؤدي إلى تطوير أجهزة إلكترونية وسبينترونية جديدة. يمكن لهذه الأجهزة أن توفر طرقًا أكثر كفاءة وقابلية للتحكم لمعالجة تدفق الإلكترونات لتطبيقات الحوسبة المتقدمة وتخزين البيانات. يجري حاليًا إجراء المزيد من الأبحاث لاستكشاف الإمكانات الكاملة لصمام الفرميونات اللولبية الذي تحركه الهندسة الكمومية وتطبيقه على مواد أخرى.