طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية تتعلق بدورانها المغزلي، دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية. هذا الاختراق، المفصل في منشور حديث في مجلة Nature، يستخدم الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية في مادة تسمى غاليد البالاديوم (PdGa) لتصفية وتوجيه الإلكترونات ذات الكيراليات المتعاكسة إلى مسارات متميزة.
أظهر فريق البحث، الذي لم يكن أعضاؤه متاحين للتعليق على الفور، هذه الظاهرة عن طريق تصنيع أجهزة PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. أظهرت هذه الأجهزة تأثير هول غير خطي، وهي ظاهرة لا يتناسب فيها التيار الكهربائي بشكل مباشر مع الجهد المطبق. ينشأ هذا التأثير من السرعات الشاذة للفيرميونات الكيرالية الناتجة عن الهندسة الكمومية، مما يؤدي إلى الفصل المكاني للتيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعاكسة إلى الأذرع الخارجية للجهاز.
تشير الكيرالية، في سياق الإلكترونات، إلى "اليدوية"، حيث يمكن أن يكون للإلكترونات اتجاه دوران مغزلي أيمن أو أيسر بالنسبة لاتجاه حركتها. إن فصل الإلكترونات بناءً على الكيرالية له تطبيقات محتملة في علم الدوران (spintronics)، وهو مجال يهدف إلى استخدام دوران الإلكترونات، بدلاً من شحنتها، لتطوير أجهزة إلكترونية جديدة. غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة الإلكترونات الكيرالية على مجالات مغناطيسية قوية أو مواد منشطة مغناطيسيًا، والتي يمكن أن تستهلك الكثير من الطاقة وتُدخل تأثيرات غير مرغوب فيها.
تتغلب الطريقة الجديدة على هذه القيود من خلال استغلال الهندسة الكمومية الجوهرية للنطاقات الإلكترونية في PdGa. تعمل هذه الهندسة الكمومية كمرشح، حيث توجه الإلكترونات ذات الكيراليات المختلفة إلى قنوات منفصلة. تحمل التيارات الكيرالية المنفصلة أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة، مما يزيد من تعزيز إمكانات تطبيقات علم الدوران.
لاحظ الفريق أنماط تداخل كمي، مما يؤكد فصل التيارات الكيرالية في غياب أي مجال مغناطيسي. توفر هذه الملاحظة دليلًا مباشرًا على فعالية المرشح الكيرالي القائم على الهندسة الكمومية.
يعتقد الخبراء أن هذا الاكتشاف يمكن أن يمهد الطريق لأجهزة علم الدوران أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر إحكاما. تفتح القدرة على معالجة الإلكترونات الكيرالية دون مجالات مغناطيسية إمكانيات جديدة لتطوير مكونات إلكترونية متقدمة، مثل الترانزستورات وأجهزة الذاكرة القائمة على الدوران.
يجري حاليًا إجراء المزيد من الأبحاث لاستكشاف إمكانات هذه التكنولوجيا وتحديد المواد الأخرى التي تظهر خصائص هندسية كمومية مماثلة. يعمل الفريق أيضًا على تحسين تصميم الجهاز لتحسين كفاءة الفصل الكيرالي واستكشاف التطبيقات المحتملة في مختلف أجهزة علم الدوران.
Discussion
Join the conversation
Be the first to comment