طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة باتجاه دورانها، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية في مادة غير مغناطيسية. هذا الإنجاز، المفصل في منشور حديث في مجلة Nature، يسمح بالفصل المكاني للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة وتداخلها الكمومي اللاحق، كل ذلك دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية أو مطعّمات مغناطيسية، والتي عادة ما تكون مطلوبة لمثل هذه المعالجات.

أظهر الفريق البحثي، الذي ينتمي أعضاؤه إلى مؤسسات متعددة، هذه الظاهرة باستخدام أجهزة مصنوعة من بلورة مفردة من PdGa، على شكل هندسة ثلاثية الأذرع. يستفيد التصميم الفريد من السرعات الشاذة للفيرميونات الكيرالية الناتجة عن الهندسة الكمومية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. يتسبب هذا التأثير في فصل التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعاكسة مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز.

قال [اسم الباحث الرئيسي]، وهو [مسمى الباحث] في [الجامعة/المؤسسة]: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتحكم في تدفق الإلكترونات". "باستخدام الخصائص الكمومية المتأصلة في المادة، يمكننا معالجة الإلكترونات بطرق كانت ممكنة سابقًا فقط باستخدام مجالات مغناطيسية قوية."

تكمن أهمية هذا الاكتشاف في إمكاناته لإحداث ثورة في الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الدورانية. غالبًا ما تعتمد الطرق الحالية لمعالجة الفيرميونات الكيرالية على مجالات مغناطيسية عالية، وهي كثيفة الاستهلاك للطاقة ويمكن أن تحد من تصغير الأجهزة. تقدم الطريقة الجديدة بديلاً أكثر كفاءة وقابلية للتطوير.

تستضيف أشباه الفلزات الطوبولوجية، وهي فئة المواد المستخدمة في هذا البحث، فيرميونات ذات كيراليات متعاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. حظيت هذه المواد باهتمام كبير في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصها الإلكترونية الفريدة. يكمن ابتكار الفريق في قدرتهم على استغلال الهندسة الكمومية لهذه المواد لترشيح الفيرميونات حسب الكيرالية إلى حالات مستقطبة بعدد تشيرن متميز. عدد تشيرن هو ثابت طوبولوجي يميز هيكل النطاق الإلكتروني.

تحمل التيارات الكيرالية المفصولة مكانيًا أيضًا مغنطة مدارية بعلامات متعاكسة، مما يضيف طبقة أخرى من التحكم والتطبيقات المحتملة. لاحظ الفريق التماسك الطوري الميزوسكوبي لهذه التيارات الكيرالية، مما يؤكد بشكل أكبر فعالية طريقتهم.

أوضح [اسم المؤلف المشارك]، وهو [مسمى المؤلف المشارك] في [الجامعة/المؤسسة]: "إن القدرة على فصل التيارات الكيرالية والتحكم فيها دون مجالات مغناطيسية تفتح إمكانيات مثيرة لأنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية". "نتصور تطبيقات في مجالات مثل الحوسبة الكمومية والإلكترونيات الدورانية وأجهزة الاستشعار."

يعمل الباحثون حاليًا على تحسين تصميم الجهاز واستكشاف مواد أخرى ذات خصائص هندسية كمومية مماثلة. إنهم يعتقدون أن هذا النهج يمكن توسيعه ليشمل مواد طوبولوجية أخرى، مما يمهد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الإلكترونية القائمة على الهندسة الكمومية. تتضمن الخطوات التالية مزيدًا من التحقيق في خصائص المواد وتحسين الجهاز لتعزيز الأداء واستكشاف التطبيقات المحتملة.