طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة للمواد الطوبولوجية. هذا الإنجاز، المفصل في منشور حديث في مجلة Nature، يسمح بالفصل المكاني للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يحدث ثورة في تصميم الأجهزة الإلكترونية.

أظهر الفريق، الذي يركز عمله على المعدن شبه الموصل الطوبولوجي متعدد الطيات PdGa، أنه يمكن تسخير الهندسة الكمومية للمادة لترشيح الفرميونات، وهي جسيمات أولية مثل الإلكترونات، إلى حالات مستقطبة بأرقام تشيرن متميزة. رقم تشيرن هو ثابت طوبولوجي يميز هيكل نطاقات المادة. تؤدي عملية الترشيح هذه إلى فصل حقيقي مكاني للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة، وهي ظاهرة لوحظت من خلال التداخل الكمومي.

قال [اسم الباحث الرئيسي]، وهو [مسمى الباحث] في [المؤسسة]: "يفتح هذا البحث آفاقًا جديدة لتصميم الأجهزة الإلكترونية التي تستغل الخصائص الجوهرية للمواد الكمومية". "من خلال التلاعب بالهندسة الكمومية لهذه المواد، يمكننا التحكم في تدفق الإلكترونات بطرق غير مسبوقة."

غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة النقل الفرميوني الكيرالي على مجالات مغناطيسية قوية أو مطعّمات مغناطيسية، والتي يمكن أن تكون غير عملية وتُدخل تعقيدات غير مرغوب فيها. يتجاوز النهج الجديد هذه القيود باستخدام الهندسة الكمومية المتأصلة في المادة.

صنع الباحثون أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في شكل هندسي ثلاثي الأذرع. لاحظوا أن الهندسة الكمومية حثت سرعات شاذة في الفرميونات الكيرالية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي. فصل هذا التأثير مكانيًا التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعاكسة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تُظهر هذه التيارات الكيرالية، الموجودة في حالات أرقام تشيرن المتعاكسة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات متعاكسة.

تعتبر آثار هذا البحث مهمة لتطوير الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الدورانية المتقدمة. من خلال تمكين التحكم الدقيق في التيارات الكيرالية ومعالجتها، يمكن أن تؤدي الطريقة الجديدة إلى مكونات إلكترونية أكثر كفاءة وموفرة للطاقة. علاوة على ذلك، فإن القدرة على فصل التيارات الكيرالية دون مجالات مغناطيسية تفتح إمكانيات لإنشاء أجهزة أقل عرضة للتداخل الخارجي.

علق [اسم الخبير]، وهو [مسمى الخبير] في [مؤسسة أخرى]، والذي لم يشارك في الدراسة: "إن القدرة على التحكم في تدفق الإلكترونات بناءً على الكيرالية هي خطوة كبيرة إلى الأمام". "يمكن أن يمهد هذا البحث الطريق لأنواع جديدة من الأجهزة الكمومية ذات الوظائف المحسنة."

يخطط فريق البحث لمواصلة استكشاف إمكانات الهندسة الكمومية في المواد الطوبولوجية الأخرى واستكشاف تطبيقاتها في مختلف الأجهزة الإلكترونية. كما أنهم يعملون على توسيع نطاق عملية التصنيع لجعل التكنولوجيا أكثر سهولة للتطبيقات الصناعية.