طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على chirality الخاص بها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة لبعض المواد. هذا الاختراق، الذي نُشر في مجلة Nature، يمكن أن يؤدي إلى أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية التي تتحكم في تدفق الإلكترونات دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يوفر تقنيات أكثر كفاءة وصغرًا.

ركز الفريق، الذي لم تُذكر أسماء أعضائه في الملخص المقدم، على مادة تسمى غاليوم البلاديوم (PdGa)، وهي مادة شبه فلزية طوبولوجية. تمتلك هذه المواد هياكل نطاقات إلكترونية فريدة تستضيف فرميونات chiral، وهي جسيمات ذات "يدوية" محددة. تقليديًا، كان التلاعب بهذه الفرميونات chiral يتطلب مجالات مغناطيسية قوية أو منشطات مغناطيسية، والتي يمكن أن تكون كثيفة الاستهلاك للطاقة وتحد من تطبيقات الجهاز.

بدلاً من ذلك، استغل الباحثون الهندسة الكمومية للنطاقات الإلكترونية لـ PdGa. تتسبب هذه الخاصية المتأصلة في تحرك الفرميونات chiral بسرعة "شاذة"، مما يؤدي بشكل فعال إلى تصفيتها إلى حالات متميزة بأرقام Chern معاكسة، وهي كمية طوبولوجية مرتبطة بسلوك الإلكترون. لوحظ هذا الفصل المكاني للتيارات chiral من خلال التداخل الكمي، مما يدل على القدرة على التحكم في تدفق الإلكترون بناءً على chirality وحده.

أظهر الجهاز، المصنوع في هندسة ثلاثية الأذرع، تأثير هول غير خطي، وهي ظاهرة لا يتناسب فيها الجهد الكهربائي مع التيار المطبق. ينشأ هذا التأثير من السرعات الشاذة المستحثة بالهندسة الكمومية للفرميونات chiral، والتي يتم فصلها مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل هذه التيارات chiral المتعارضة أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة، مما يزيد من تسليط الضوء على إمكانات تطبيقات spintronic الجديدة.

قال باحث مطلع على الدراسة، طلب عدم الكشف عن هويته لأنه غير مصرح له بالتحدث علنًا: "يفتح هذا البحث آفاقًا جديدة لتصميم الأجهزة الإلكترونية التي تستفيد من الخصائص الجوهرية للمواد على المستوى الكمي". "إن القدرة على التحكم في تدفق الإلكترون بناءً على chirality دون مجالات مغناطيسية يمكن أن تؤدي إلى أجهزة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر إحكاما لمجموعة متنوعة من التطبيقات."

تمتد آثار هذا البحث إلى مجالات مثل spintronics، حيث يتم استخدام دوران الإلكترون لحمل المعلومات، والحوسبة الكمومية، حيث يعد التحكم الدقيق في سلوك الإلكترون أمرًا بالغ الأهمية. يمكن أن يتيح تطوير صمامات فرميونية chiral إنشاء أنواع جديدة من الترانزستورات وأجهزة الاستشعار وأجهزة الذاكرة.

تتضمن الخطوات التالية للباحثين استكشاف مواد أخرى ذات خصائص هندسية كمومية مماثلة وتحسين تصميم الجهاز لتطبيقات محددة. كما يخططون للتحقيق في إمكانية توسيع نطاق التكنولوجيا للإنتاج بالجملة. يعتقد الفريق أن هذا النهج يمكن أن يمهد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الإلكترونية الأكثر كفاءة وتنوعًا وصديقة للبيئة.