طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، وهي خاصية مرتبطة بدورانها المغزلي، وذلك باستخدام الهندسة الكمومية الفريدة للمواد الطوبولوجية. هذا الإنجاز، المفصل في منشور حديث 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 يتم ذكر أسماء أعضائه في الملخص المقدم، ذلك عن طريق تصنيع أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. تستفيد هذه الهندسة المحددة من السرعات الشاذة المستحثة بالهندسة الكمومية للفيرميونات الكيرالية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. ثم يتم فصل التيارات الكيرالية المستعرضة الناتجة، والتي تمتلك سرعات شاذة معاكسة، مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز.

وجاء في بيان أُدرج في الملخص: "يوضح هذا البحث إمكانية معالجة الإلكترونات بناءً على خصائصها الكمومية الجوهرية، مما يفتح آفاقًا جديدة للأجهزة الإلكترونية المتقدمة".

تكمن أهمية هذا البحث في ابتعاده عن الطرق التقليدية للفصل الكيرالي، والتي غالبًا ما تعتمد على مجالات مغناطيسية قوية أو مطعّمات مغناطيسية. يمكن أن تكون هذه الطرق محدودة بسبب استهلاكها للطاقة واحتمال تداخلها مع أداء الجهاز. يقدم النهج الجديد، الذي يستخدم الهندسة الكمومية، طريقة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وربما أكثر دقة للتحكم في تدفق الإلكترونات.

تتميز أشباه الفلزات الطوبولوجية، وهي المواد المستخدمة في هذه التجربة، بهياكل نطاقات إلكترونية فريدة تتميز بنقاط تتقاطع فيها النطاقات. تستضيف هذه التقاطعات فيرميونات ذات كيراليات متعاكسة. تلعب الهندسة الكمومية لهذه النطاقات دورًا حاسمًا في تصفية الفرميونات حسب الكيرالية إلى حالات مستقطبة بعدد تشيرن متميز، وهي ضرورية لعملية الفصل.

لاحظ الفريق التداخل الكمي لهذه التيارات الكيرالية المنفصلة، مما يؤكد بشكل أكبر فعالية طريقتهم. وقد تمت هذه الملاحظة في غياب أي مجال مغناطيسي، مما يسلط الضوء على إمكانية إنشاء أجهزة إلكترونية أكثر كفاءة وأقل استهلاكًا للطاقة.

تمتد آثار هذا البحث إلى مجالات مختلفة، بما في ذلك علم الدوران والإلكترونيات والحوسبة الكمومية. يمكن أن تؤدي القدرة على التحكم في التيارات الكيرالية ومعالجتها إلى تطوير أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية ذات وظائف محسنة. سيركز المزيد من الأبحاث على تحسين تصميم الجهاز واستكشاف مواد طوبولوجية أخرى لتعزيز كفاءة الفصل وتوسيع نطاق التطبيقات.