طور باحثون طريقة جديدة لفصل الإلكترونات بناءً على كيراليتها، 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 الكيراليات المتعاكسة دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، مما قد يحدث ثورة في تصميم الأجهزة الإلكترونية.

حقق الفريق، الذي يركز عمله على فيزياء المادة المكثفة والأجهزة الإلكترونية، ذلك باستخدام جهاز ثلاثي الأذرع مصنوع من بلورة أحادية من PdGa. تُظهر هذه المادة سرعات شاذة ناتجة عن الهندسة الكمومية للفيرميونات الكيرالية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. يتم فصل التيارات الكيرالية المستعرضة الناتجة، والتي تمتلك سرعات شاذة معاكسة، مكانيًا إلى الأذرع الخارجية للجهاز.

وأوضح [اسم الباحث الرئيسي، إذا كان متاحًا، وإلا استخدم "باحث مشارك في الدراسة"]: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتحكم في تدفق الإلكترونات". "من خلال استغلال الهندسة الكمومية للمادة، يمكننا تصفية الإلكترونات حسب كيراليتها وتوجيهها إلى مواقع مختلفة."

غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة النقل الفرميوني الكيرالي على مجالات مغناطيسية قوية أو مواد مغناطيسية مشوبة لقمع النقل غير المرغوب فيه وخلق خلل في إشغال الحالات ذات أرقام تشيرن المتعاكسة، وهو ثابت طوبولوجي. يلغي هذا النهج الجديد الحاجة إلى هذه التأثيرات الخارجية، مما يوفر حلاً أكثر كفاءة وقابلية للتصغير.

تكمن أهمية هذا البحث في تطبيقاته المحتملة في علم الدوران المغزلي (spintronics)، وهو مجال يستخدم دوران الإلكترونات المغزلي، بدلاً من شحنتها، لنقل المعلومات. يمكن أن تؤدي القدرة على فصل الإلكترونات ذات الدورانات المغزلية المتعاكسة إلى تطوير أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية ذات الأداء المحسن وتقليل استهلاك الطاقة. علاوة على ذلك، تحمل التيارات الكيرالية المفصولة مكانيًا أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة، مما يفتح طرقًا لأجهزة مغناطيسية جديدة.

تتميز أشباه الفلزات الطوبولوجية، وهي فئة المواد المستخدمة في هذه التجربة، بهياكل نطاقات إلكترونية فريدة مع تقاطعات نطاقات طوبولوجية، حيث توجد فيرميونات ذات كيراليات معاكسة. حظيت هذه المواد باهتمام كبير في السنوات الأخيرة نظرًا لإمكاناتها في تحقيق ظواهر إلكترونية ودورانية مغزلية جديدة.

يخطط الفريق لمواصلة التحقيق في خصائص هذه التيارات الكيرالية واستكشاف إمكاناتها لبناء أنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية. كما يهدفون إلى تحديد مواد أخرى تظهر خصائص هندسية كمومية مماثلة، مما قد يوسع نطاق تطبيقات هذه التكنولوجيا. تم دعم البحث من قبل [مصادر التمويل، إذا كانت متاحة].