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 الفرميونية المتعاكسة دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية، وهو شرط شائع في الأساليب السابقة.

حقق الفريق ذلك عن طريق تصنيع أجهزة من بلورة مفردة من PdGa في هندسة ثلاثية الأذرع. يستفيد الترتيب المحدد من السرعات الشاذة للفيرميونات الكيرالية الناتجة عن الهندسة الكمومية، مما يؤدي إلى تأثير هول غير خطي. يفصل هذا التأثير مكانيًا التيارات الكيرالية المستعرضة ذات السرعات الشاذة المتعاكسة إلى الأذرع الخارجية للجهاز. تحمل هذه التيارات الكيرالية، الموجودة في حالات أرقام تشيرن المتعاكسة، أيضًا مغنطة مدارية بعلامات معاكسة.

قال [اسم الباحث الرئيسي]، وهو [مسمى الباحث] في [اسم المؤسسة]: "هذه طريقة جديدة تمامًا للتحكم في تدفق الإلكترونات". "باستخدام الخصائص الكمومية الجوهرية للمادة، يمكننا تصفية الإلكترونات بناءً على كيراليتها وتوجيهها إلى مواقع مختلفة."

تكمن أهمية هذا البحث في إمكاناته لإحداث ثورة في الأجهزة الإلكترونية والدورانية المغزلية. غالبًا ما تعتمد الطرق التقليدية لمعالجة الفيرميونات الكيرالية على مجالات مغناطيسية قوية أو مطعّمات مغناطيسية، والتي يمكن أن تكون كثيفة الاستهلاك للطاقة وتُدخل تأثيرات غير مرغوب فيها. يقدم هذا النهج الجديد طريقة أكثر كفاءة ودقة للتحكم في تدفق الإلكترونات، مما قد يؤدي إلى أجهزة أصغر وأسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

تستضيف أشباه الفلزات الطوبولوجية، وهي فئة المواد المستخدمة في هذه التجربة، فيرميونات ذات كيراليات متعاكسة عند تقاطعات النطاقات الطوبولوجية. حظيت هذه المواد باهتمام كبير في السنوات الأخيرة نظرًا لخصائصها الإلكترونية الفريدة وإمكاناتها للتطبيقات التكنولوجية. تلعب الهندسة الكمومية لهذه المواد، وهو مفهوم يصف شكل وانحناء الدوال الموجية الإلكترونية، دورًا حاسمًا في التأثير المرصود.

لاحظ الفريق أنماط تداخل كمومي، مما يؤكد الفصل الحقيقي للتيارات ذات الكيراليات الفرميونية المتعاكسة. توفر هذه الملاحظة دليلًا مباشرًا على فعالية طريقتهم.

أوضح [اسم المؤلف المشارك]، وهو [مسمى المؤلف المشارك] في [مؤسسة المؤلف المشارك]: "إن القدرة على فصل التيارات الكيرالية دون مجالات مغناطيسية تفتح إمكانيات مثيرة لأنواع جديدة من الأجهزة الإلكترونية". "نتصور تطبيقات في مجالات مثل الحوسبة الكمومية والدوران المغزلي وأجهزة الاستشعار."

يعمل الباحثون حاليًا على تحسين تصميم الجهاز واستكشاف مواد أخرى ذات خصائص طوبولوجية مماثلة. إنهم يعتقدون أنه يمكن توسيع هذا النهج ليشمل مواد طوبولوجية أخرى، مما يمهد الطريق لجيل جديد من الأجهزة الإلكترونية الكيرالية. ستركز الأبحاث الإضافية على فهم قيود هذه الطريقة واستكشاف إمكاناتها للاندماج في التقنيات الإلكترونية الحالية.