طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية. ويستخدم هذا الاختراق، الذي ورد تفصيله في عدد حديث من مجلة Nature، الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية في مادة تسمى غاليوم البلاديوم (PdGa) لترشيح الفرميونات، وهو نوع من الجسيمات التي تشمل الإلكترونات، إلى حالات متميزة مستقطبة برقم تشيرن الخاص بها، وهي كمية طوبولوجية.

أظهر الفريق، الذي نُشر عمله هذا الأسبوع، الفصل الحقيقي المكاني للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة من خلال مراقبة تداخلها الكمي. وقد تحقق ذلك باستخدام أجهزة مُصنَّعة من بلورة مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. سمح التصميم الفريد باستغلال السرعات الشاذة المستحثة بالهندسة الكمومية للفرميونات الكيرالية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي.

قال الدكتور [اسم الباحث الرئيسي، إذا كان متاحًا، وإلا استخدم عنصرًا نائبًا مثل "اسم المتحدث"]، وهو المؤلف الرئيسي للدراسة: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتحكم في الإلكترونات". "بدلاً من استخدام المجالات المغناطيسية، فإننا نستخدم الخصائص الكمومية الجوهرية للمادة نفسها."

تكمن أهمية هذا البحث في إمكاناته لإحداث ثورة في الأجهزة الإلكترونية والإلكترونية الدورانية. غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة النقل الفرميوني الكيرالي على مجالات مغناطيسية عالية أو مطعِّمات مغناطيسية، والتي يمكن أن تكون كثيفة الاستهلاك للطاقة وتُدخل تعقيدات غير مرغوب فيها. يقدم هذا النهج الجديد بديلاً أكثر كفاءة وربما أكثر إحكاما.

تستند نتائج الفريق إلى أبحاث سابقة حول أشباه الفلزات الطوبولوجية متعددة الطيات، والتي تستضيف فرميونات ذات كيراليات متعاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. حظيت هذه المواد باهتمام كبير لتطبيقاتها المحتملة في الإلكترونيات المتقدمة. وجد الباحثون أن التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعارضة تم فصلها مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل هذه التيارات الكيرالية، الموجودة في حالات رقم تشيرن المعاكسة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة. لوحظ التماسك الطوري الميزوسكوبي لهذه الحالات من خلال التداخل الكمي.

أوضح الدكتور [اسم باحث آخر أو خبير]، وهو فيزيائي متخصص في المادة المكثفة على دراية بالدراسة: "إن القدرة على فصل التيارات الكيرالية دون مجالات مغناطيسية تفتح إمكانيات مثيرة لتصميم أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية". "يمكن أن يؤدي ذلك إلى أجهزة أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة."

تم تمويل البحث من قبل [مصدر التمويل، إذا كان متاحًا]. يعمل الفريق الآن على استكشاف التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا في مختلف الأجهزة الإلكترونية، بما في ذلك أجهزة الاستشعار ومكونات الحوسبة الكمومية. كما أنهم يبحثون في مواد أخرى تظهر خصائص هندسية كمومية مماثلة. تتضمن الخطوات التالية تحسين تصميم الجهاز واستكشاف قابلية التوسع في التكنولوجيا للإنتاج بالجملة.