طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على اللف اليدوي (chirality) الخاص بها، 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 اللف اليدوي الفرميوني المتعاكس دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، وهو شرط شائع في الطرق السابقة.

قام فريق البحث، الذي ركز على شبه الفلز الطوبولوجي PdGa، بتصميم أجهزة في شكل هندسي ثلاثي الأذرع. تستفيد هذه الأجهزة من السرعات الشاذة للفيرميونات اللولبية الناتجة عن الهندسة الكمومية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. يفصل هذا التأثير مكانيًا التيارات اللولبية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعارضة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل حالات أرقام تشيرن المتعارضة لهذه التيارات اللولبية أيضًا تمغنطات مدارية بعلامات معاكسة.

قال [اسم الباحث الرئيسي في المشروع]: "[اقتباس يشرح أهمية البحث وتأثيره المحتمل]".

غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة النقل الفرميوني اللولبي على مجالات مغناطيسية قوية أو تطعيم مغناطيسي لقمع النقل غير المرغوب فيه وخلق خلل في إشغال الحالات ذات أرقام تشيرن المتعاكسة. يتجاوز هذا النهج الجديد هذه المتطلبات من خلال استغلال الهندسة الكمومية الجوهرية للمادة نفسها.

أشباه الفلزات الطوبولوجية هي مواد ذات خصائص إلكترونية فريدة تنشأ من هيكل نطاقها، حيث تشكل مستويات طاقة الإلكترونات ميزات طوبولوجية. تستضيف هذه الميزات، المعروفة باسم تقاطعات النطاقات، فيرميونات ذات لفات يدوية متعاكسة. تلعب الهندسة الكمومية لهذه النطاقات دورًا حاسمًا في تحديد سلوك الإلكترونات داخل المادة.

يمكن أن يكون لنتائج الفريق آثار كبيرة على تطوير أجهزة إلكترونية ودورانية جديدة. من خلال توفير طريقة للتحكم في تدفق الإلكترون بناءً على اللف اليدوي دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، يفتح هذا البحث الأبواب أمام أجهزة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر إحكاما.

يستكشف الباحثون حاليًا إمكانات هذه التكنولوجيا لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك تطوير أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار وأجهزة الحوسبة الكمومية. من المخطط إجراء المزيد من الدراسات للتحقيق في سلوك هذه التيارات اللولبية في مواد وهندسات أجهزة مختلفة.