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، يسمح بالفصل المكاني للتيارات ذات اليدوية المعاكسة دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يحدث ثورة في تصميم الأجهزة الإلكترونية.

أظهر الفريق، الذي ينتمي أعضاؤه إلى مؤسسات متعددة، هذه الظاهرة باستخدام أجهزة مصنوعة من غاليوم البلاديوم أحادي البلورة (PdGa) في هندسة ثلاثية الأذرع. لاحظوا أن الهندسة الكمومية للنطاقات الإلكترونية للمادة حثت سرعات شاذة في الفرميونات الكيرالية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي. يفصل هذا التأثير مكانيًا التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعارضة إلى الأذرع الخارجية للجهاز.

قال [اسم الباحث الرئيسي]، وهو [مسمى الباحث] في [اسم المؤسسة]: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتعامل مع الإلكترونات". "من خلال استغلال الهندسة الكمومية الجوهرية للمادة، يمكننا تصفية الإلكترونات حسب chirality (اليدوية) الخاصة بها، مما يفتح إمكانيات لأنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية."

تستضيف أشباه الفلزات الطوبولوجية، وهي فئة المواد المستخدمة في الدراسة، فرميونات ذات chirality (يدوية) معاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. تقليديًا، يتطلب التلاعب بالنقل الفرميوني الكيرالي مجالات مغناطيسية قوية أو تطعيم مغناطيسي لقمع النقل غير المرغوب فيه وخلق خلل في إشغال الحالات ذات أرقام تشيرن المعاكسة. تتجاوز الطريقة الجديدة هذا الشرط باستخدام الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية لتصفية الفرميونات حسب chirality (اليدوية) إلى حالات متميزة مستقطبة برقم تشيرن.

تكمن أهمية هذا البحث في إمكاناته لإنشاء أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة وصغرًا. يمكن أن يؤدي الفصل المكاني للتيارات الكيرالية إلى تطوير أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار والأجهزة الدورانية والإلكترونيات الكمومية. علاوة على ذلك، فإن عدم الحاجة إلى مجالات مغناطيسية يبسط تصنيع الأجهزة ويقلل من استهلاك الطاقة.

تستند نتائج الفريق إلى أبحاث سابقة حول السرعات الشاذة في المواد الطوبولوجية. تتسبب هذه السرعات، الناتجة عن الهندسة الكمومية للنطاقات الإلكترونية، في تحرك الإلكترونات في اتجاهات غير متوقعة عند تعرضها لمجال كهربائي. من خلال التصميم الدقيق لهندسة الجهاز وتركيب المواد، تمكن الباحثون من تسخير هذه السرعات الشاذة لفصل التيارات الكيرالية.

يحمل التماسك الطوري الميزوسكوبي لهذه التيارات الكيرالية في حالات رقم تشيرن المعاكسة أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة. يضيف هذا طبقة أخرى من التعقيد والوظائف المحتملة إلى النظام.

ستركز الأبحاث المستقبلية على استكشاف مواد أخرى ذات خصائص هندسية كمومية مماثلة وتحسين تصميمات الأجهزة لتطبيقات محددة. يخطط الفريق أيضًا للتحقيق في إمكانية استخدام هذه التكنولوجيا لإنشاء أنواع جديدة من أجهزة الاستشعار الكمومية وأجهزة الحوسبة.