طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة للمواد الطوبولوجية. هذا الاختراق، 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 للنطاقات الإلكترونية للمادة لتصفية الفرميونات، وهي جسيمات أولية مثل الإلكترونات، إلى حالات مستقطبة بأرقام تشيرن متميزة. رقم تشيرن هو ثابت طوبولوجي يميز البنية الشريطية للمادة. تؤدي عملية التصفية 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 [اسم المؤسسة]، والمؤلف الرئيسي للدراسة: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتحكم في تدفق الإلكترونات". "من خلال الاستفادة من الهندسة الكمومية الجوهرية للمادة، يمكننا التلاعب بسلوك الإلكترونات دون مجالات مغناطيسية خارجية، مما يفتح إمكانيات لأجهزة إلكترونية أكثر كفاءة وصغرًا."

صنع الباحثون أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في شكل هندسي ثلاثي الأذرع. لاحظوا أن السرعات الشاذة للفرميونات الكيرالية الناتجة عن الهندسة الكمومية أدت إلى تأثير هول غير خطي. فصل هذا التأثير مكانيًا التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعارضة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل هذه التيارات الكيرالية، الموجودة في حالات أرقام تشيرن المتعارضة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات متعاكسة.

غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية للتلاعب بالنقل الفرميوني الكيرالي في الأنظمة الطوبولوجية على المجالات المغناطيسية العالية أو المنشطات المغناطيسية. تُستخدم هذه الأساليب لقمع النقل التافه وخلق خلل في إشغال حالات أرقام تشيرن المتعارضة. تتجاوز الطريقة الجديدة هذه المتطلبات، مما يوفر نهجًا أكثر انسيابية وكفاءة في استخدام الطاقة.

تمتد آثار هذا البحث إلى تطوير الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الدورانية المتقدمة. يمكن أن تؤدي القدرة على التحكم في التيارات الكيرالية وفصلها إلى أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار والترانزستورات وأجهزة الذاكرة. علاوة على ذلك، يمكن أن يمهد استخدام الهندسة الكمومية كقوة دافعة للتلاعب بالإلكترونات الطريق لهياكل حوسبة كمومية جديدة.

وأضاف [اسم الباحث]: "نحن في بداية استكشاف إمكانات الهندسة الكمومية في علم المواد". "يوفر هذا العمل أساسًا لتصميم مواد وأجهزة جديدة بوظائف غير مسبوقة."

يخطط فريق البحث لمواصلة التحقيق في خصائص هذه التيارات الكيرالية واستكشاف تطبيقاتها المحتملة في مختلف المجالات التكنولوجية. كما أنهم يعملون على تطوير مواد جديدة بخصائص هندسية كمومية محسنة لزيادة تحسين كفاءة وأداء هذه الأجهزة. تم دعم الدراسة من قبل [مصدر التمويل].