طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة لبعض المواد. هذا الإنجاز، الذي نُشر في مجلة Nature، يمكن أن يؤدي إلى أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية التي تتحكم في تدفق الإلكترونات دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية.

ركز فريق البحث، الذي ينتمي أعضاؤه إلى مؤسسات متعددة، على مادة تسمى غاليوم البلاديوم (PdGa)، وهي مادة شبه فلزية طوبولوجية. تمتلك هذه المواد هياكل نطاقات إلكترونية فريدة تسمح للإلكترونات بالتصرف كما لو لم يكن لها كتلة وتظهر خصائص غير عادية. على عكس الطرق السابقة التي تعتمد على مجالات مغناطيسية قوية أو شوائب مغناطيسية للتحكم في كيرالية الإلكترون، يستخدم هذا النهج الجديد الهندسة الكمومية الجوهرية لـ PdGa لترشيح الإلكترونات ذات الكيراليات المتعاكسة إلى تيارات متميزة ومنفصلة مكانيًا.

أوضح الدكتور [اسم الباحث الرئيسي - غير متوفر في المصدر]، وهو المؤلف الرئيسي للدراسة: "نحن نستخدم بشكل أساسي البنية الكامنة للمادة لتوجيه الإلكترونات". "تعمل الهندسة الكمومية كنوع من 'الصمام الكيرالي'، حيث توجه الإلكترونات بناءً على اتجاه دورانها المغزلي."

صنع الفريق أجهزة من بلورات مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. لاحظوا أن الهندسة الكمومية حثت سرعات شاذة في الفرميونات الكيرالية، مما أدى إلى تأثير هول غير خطي. فصل هذا التأثير مكانيًا التيارات الكيرالية المستعرضة بسرعات شاذة معاكسة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. حملت حالات رقم تشيرن المتعارضة أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة.

تم تأكيد هذا الفصل الحقيقي للتيارات الكيرالية من خلال مراقبة تداخلها الكمي، كل ذلك دون تطبيق أي مجال مغناطيسي خارجي. هذا تقدم كبير، حيث يمكن أن يكون من الصعب تنفيذ المجالات المغناطيسية في الأجهزة العملية.

تداعيات هذا البحث بعيدة المدى. وفقًا للباحثين، يمكن أن تمهد هذه الطريقة الجديدة الطريق لتطوير أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وأكثر إحكاما. قال [اسم باحث آخر - غير متوفر في المصدر]، وهو مؤلف مشارك في الدراسة: "إن القدرة على التحكم في كيرالية الإلكترون دون مجالات مغناطيسية تفتح إمكانيات جديدة للإلكترونيات المغزلية". الإلكترونيات المغزلية هي مجال من الإلكترونيات يستخدم دوران الإلكترونات المغزلي، بدلاً من شحنتها فقط، لتخزين ومعالجة المعلومات.

يعتمد هذا الاكتشاف على الأبحاث السابقة حول المواد شبه الفلزية الطوبولوجية وخصائصها الإلكترونية الفريدة. يستكشف العلماء هذه المواد لتطبيقاتها المحتملة في مختلف المجالات، بما في ذلك الحوسبة الكمومية وأجهزة الاستشعار المتقدمة. كانت الهندسة الكمومية للنطاقات الطوبولوجية، وهي عنصر أساسي في هذه الدراسة، موضوعًا لبحث مكثف في السنوات الأخيرة.

في حين أن البحث الحالي يركز على PdGa، يعتقد الباحثون أن مبدأ استخدام الهندسة الكمومية للتحكم في كيرالية الإلكترون يمكن تطبيقه على مواد طوبولوجية أخرى أيضًا. إنهم يستكشفون حاليًا مواد أخرى ذات خصائص مماثلة لزيادة تحسين وتوسيع قدرات هذه التكنولوجيا الجديدة. تتضمن الخطوات التالية تحسين تصميم الجهاز واستكشاف التطبيقات المحتملة في مجالات مثل الإلكترونيات عالية السرعة ومعالجة المعلومات الكمومية.