Forscher haben eine neuartige Methode zur Trennung von Elektronen basierend auf ihrer Chiralität entwickelt, einer Eigenschaft, die mit ihrem Spin zusammenhängt, ohne dass Magnetfelder erforderlich sind. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse beschreiben, wie Wissenschaftler die Quantengeometrie topologischer Bänder in einem Material namens Palladiumgallium (PdGa) nutzten, um Fermionen, eine Art von Teilchen, zu filtern, zu denen auch Elektronen gehören, und sie in unterschiedliche Zustände zu polarisieren, die durch ihre Chern-Zahl, eine topologische Größe, gekennzeichnet sind.

Dieser Durchbruch ermöglicht die räumliche Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten, eine Leistung, die durch die Beobachtung ihrer Quanteninterferenz demonstriert wurde. Das Team fertigte Bauelemente aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie und beobachtete, dass die Quantengeometrie anomale Geschwindigkeiten in chiralen Fermionen induzierte, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führte.

"Die resultierenden transversalen chiralen Ströme, die entgegengesetzte anomale Geschwindigkeiten aufweisen, werden dadurch räumlich in die äußeren Arme des Bauelements getrennt", schrieben die Autoren der Studie. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen existieren, tragen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.

Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports in topologischen Systemen beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen. Diese werden verwendet, um unerwünschten Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung von Zuständen mit entgegengesetzten Chern-Zahlen zu erzeugen. Die neue Methode umgeht diese Anforderungen, indem sie die intrinsische Quantengeometrie des Materials ausnutzt.

Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass diese Entdeckung zur Entwicklung neuer elektronischer und spintronischer Bauelemente führen könnte. Diese Bauelemente könnten potenziell effizientere und besser kontrollierbare Möglichkeiten zur Manipulation des Elektronenflusses für fortschrittliche Computer- und Datenspeicheranwendungen bieten. Weitere Forschungen sind im Gange, um das volle Potenzial dieses quantengeometrisch gesteuerten chiralen fermionischen Ventils und seine Anwendbarkeit auf andere Materialien zu untersuchen.