طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على chirality (اليدوية) الخاصة بها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة للمواد الطوبولوجية. هذا الاختراق، المفصل في منشور حديث في مجلة Nature، يمهد الطريق لأجهزة إلكترونية جديدة تتلاعب بتدفق الإلكترونات دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يؤدي إلى تقنيات أكثر كفاءة وصغرًا.

أظهر الفريق، الذي لم يتم ذكر أسماء أعضائه في المادة المصدرية المقدمة، هذا التأثير باستخدام جهاز ثلاثي الأذرع مصنوع من غاليوم البلاديوم أحادي البلورة (PdGa). هذه المادة عبارة عن شبه فلز طوبولوجي، مما يعني أنها تمتلك خصائص إلكترونية فريدة ناتجة عن هيكل نطاقها. تستضيف هذه المواد فرميونات ذات chirality (يدوية) متعاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. على عكس الطرق السابقة التي تعتمد على مجالات مغناطيسية قوية أو تطعيم مغناطيسي للتحكم في تدفق الإلكترونات، يستخدم هذا النهج الجديد الهندسة الكمومية الجوهرية للمادة لتصفية الإلكترونات حسب chirality (اليدوية) إلى حالات متميزة.

وفقًا للدراسة، تحفز الهندسة الكمومية سرعات شاذة في الفرميونات اللولبية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. يفصل هذا التأثير مكانيًا التيارات اللولبية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعاكسة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل هذه التيارات اللولبية، الموجودة في حالات أرقام تشيرن المعاكسة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة. كما لوحظ التماسك الطوري الميزوسكوبي لهذه التيارات.

تكمن أهمية هذا البحث في إمكاناته للتغلب على قيود أجهزة spintronic (الدوران المغزلي للإلكترونيات) الحالية. توفر تقنية الدوران المغزلي للإلكترونيات، التي تستخدم دوران الإلكترونات بدلاً من شحنتها، مزايا مثل انخفاض استهلاك الطاقة وزيادة سرعات معالجة البيانات. ومع ذلك، تتطلب العديد من أجهزة الدوران المغزلي للإلكترونيات مجالات مغناطيسية للتلاعب بدوران الإلكترون، والتي يمكن أن تكون ضخمة وتستهلك الكثير من الطاقة. توفر هذه الطريقة الجديدة طريقة للتحكم في chirality (اليدوية) للإلكترون دون مجالات مغناطيسية، مما قد يؤدي إلى أجهزة spintronic (الدوران المغزلي للإلكترونيات) أصغر حجمًا وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

يعتقد الباحثون أن هذا الاكتشاف يمكن أن يكون له تأثير كبير على تطوير التقنيات الإلكترونية المستقبلية. من خلال تسخير الهندسة الكمومية للمواد الطوبولوجية، قد يكون من الممكن إنشاء أنواع جديدة من المكونات الإلكترونية، مثل المرشحات اللولبية والترانزستورات القائمة على الدوران المغزلي، والتي تكون أكثر كفاءة وتنوعًا من الأجهزة الحالية. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الإمكانات الكاملة لهذه التكنولوجيا وتطوير تطبيقات عملية.