طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة للمواد الطوبولوجية. هذا الاختراق، الذي نُشر في مجلة Nature، يسمح بالفصل المكاني للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يحدث ثورة في تصميم الأجهزة الإلكترونية.

حقق الفريق، الذي لم تتوفر انتماءاته على الفور، ذلك عن طريق تصنيع أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. تستغل هذه المادة والتكوين المحددان السرعات الشاذة للفيرميونات الكيرالية الناتجة عن الهندسة الكمومية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. ثم يتم فصل التيارات الكيرالية المستعرضة، التي تمتلك سرعات شاذة معاكسة، مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز.

وقال باحث رئيسي في الدراسة: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتعامل مع الإلكترونات". "باستخدام الخصائص الكامنة في الهندسة الكمومية للمادة، يمكننا تصفية الإلكترونات حسب كيراليتها وتوجيهها إلى مواقع مختلفة."

تكمن أهمية هذا البحث في خروجه عن الطرق التقليدية للفصل الكيرالي، والتي غالبًا ما تعتمد على مجالات مغناطيسية قوية أو مطعّمات مغناطيسية. يمكن أن تكون هذه الطرق كثيفة الاستهلاك للطاقة وتُدخل تعقيدات غير مرغوب فيها في الأنظمة الإلكترونية. يقدم النهج الجديد بديلاً أكثر كفاءة وربما أكثر قابلية للتطوير.

تمتلك المواد الطوبولوجية، مثل PdGa، خصائص إلكترونية فريدة تنشأ من هيكل نطاقها. تستضيف هذه المواد فيرميونات كيرالية عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية، مما يعني أن الإلكترونات تتصرف كما لو كان لها "يدوية" محددة. تلعب الهندسة الكمومية لهذه النطاقات دورًا حاسمًا في التأثير على حركة هذه الفيرميونات الكيرالية.

تحمل التيارات الكيرالية المنفصلة أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة، مما يفتح إمكانيات لأجهزة سبينترونية، والتي تستخدم دوران الإلكترونات المغزلي لمعالجة المعلومات وتخزينها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تطوير أجهزة إلكترونية أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

في حين أن البحث لا يزال في مراحله الأولى، إلا أن الآثار المترتبة عليه بعيدة المدى. إن القدرة على التحكم في التيارات الكيرالية ومعالجتها دون مجالات مغناطيسية يمكن أن تؤدي إلى تطورات في مختلف المجالات، بما في ذلك الحوسبة الكمومية وأجهزة الاستشعار والتطبيقات الإلكترونية الأخرى. يعمل الفريق حاليًا على استكشاف مواد وهندسات أجهزة أخرى لزيادة تحسين عملية الفصل الكيرالي واستكشاف التطبيقات المحتملة.