Forscher haben eine neuartige Methode zur Trennung von Elektronen basierend auf ihrer Chiralität entwickelt, einer Eigenschaft, die mit ihrem Spin zusammenhängt, wobei sie die einzigartige Quantengeometrie topologischer Materialien nutzen. Dieser Durchbruch, der in einer kürzlich erschienenen Nature-Publikation detailliert beschrieben wird, ermöglicht die räumliche Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten ohne die Notwendigkeit von Magnetfeldern, was das Design elektronischer Geräte potenziell revolutionieren könnte.

Das Team, dessen Arbeit sich auf das mehrfache topologische Semimetall PdGa konzentriert, demonstrierte, dass die Quantengeometrie des Materials genutzt werden kann, um Fermionen, Elementarteilchen wie Elektronen, in unterschiedliche Chern-Zahl-polarisierte Zustände zu filtern. Die Chern-Zahl ist eine topologische Invariante, die die Bandstruktur eines Materials charakterisiert. Dieser Filterprozess führt zur räumlichen Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten, ein Phänomen, das durch Quanteninterferenz beobachtet wurde.

"Diese Forschung eröffnet neue Wege für die Entwicklung elektronischer Geräte, die die intrinsischen Eigenschaften von Quantenmaterialien nutzen", sagte [Lead Researcher Name], ein [Researcher Title] am [Institution]. "Durch die Manipulation der Quantengeometrie dieser Materialien können wir den Fluss von Elektronen auf beispiellose Weise steuern."

Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen, was unpraktisch sein und unerwünschte Komplexitäten mit sich bringen kann. Der neue Ansatz umgeht diese Einschränkungen, indem er die inhärente Quantengeometrie des Materials nutzt.

Die Forscher fertigten Bauelemente aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie. Sie beobachteten, dass die Quantengeometrie anomale Geschwindigkeiten in chiralen Fermionen induzierte, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führte. Dieser Effekt trennte transversal chirale Ströme mit entgegengesetzten anomalen Geschwindigkeiten räumlich in die äußeren Arme des Bauelements. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen existieren, weisen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen auf.

Die Auswirkungen dieser Forschung sind bedeutend für die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer und spintronischer Geräte. Durch die Ermöglichung der präzisen Steuerung und Manipulation chiraler Ströme könnte die neue Methode zu effizienteren und energiesparenderen elektronischen Bauelementen führen. Darüber hinaus eröffnet die Möglichkeit, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu trennen, Möglichkeiten zur Schaffung von Geräten, die weniger anfällig für äußere Störungen sind.

"Die Fähigkeit, den Elektronenfluss basierend auf der Chiralität zu steuern, ist ein wichtiger Fortschritt", kommentierte [Expert Name], ein [Expert Title] am [Other Institution], der nicht an der Studie beteiligt war. "Diese Forschung könnte den Weg für neue Arten von Quantengeräten mit erweiterter Funktionalität ebnen."

Das Forschungsteam plant, das Potenzial der Quantengeometrie in anderen topologischen Materialien weiter zu untersuchen und ihre Anwendungen in verschiedenen elektronischen Geräten zu erforschen. Sie arbeiten auch daran, den Herstellungsprozess zu skalieren, um die Technologie für industrielle Anwendungen zugänglicher zu machen.