Forschende 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. Dieser Durchbruch, der in einer kürzlich erschienenen Nature-Publikation detailliert beschrieben wird, nutzt die Quantengeometrie topologischer Bänder in einem Material namens Palladiumgallid (PdGa), um Elektronen mit entgegengesetzten Chiralitäten zu filtern und in unterschiedliche Bahnen zu lenken.

Das Forschungsteam, dessen Mitglieder im Ausgangsmaterial nicht genannt wurden, demonstrierte dieses Phänomen durch die Herstellung einer dreiarmigen Vorrichtung aus einem einzigen Kristall von PdGa. Die Vorrichtung nutzt die quantengeometrisch induzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führt. Dieser Effekt trennt transversale chirale Ströme mit entgegengesetzten anomalen Geschwindigkeiten räumlich in die äußeren Arme der Vorrichtung. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zuständen existieren, besitzen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.

Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports in topologischen Systemen beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischer Dotierung. Diese Ansätze 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.

Die Auswirkungen dieser Forschung könnten für die Entwicklung neuer elektronischer und spintronischer Bauelemente erheblich sein. Die Fähigkeit, Elektronen basierend auf ihrer Chiralität ohne Magnetfelder zu steuern und zu trennen, eröffnet Möglichkeiten für energieeffizientere und kompaktere Bauelemente. Weitere Forschung ist erforderlich, um das volle Potenzial dieser Technologie und ihre Anwendbarkeit auf andere Materialien zu untersuchen. Das Team plant, andere topologische Materialien zu untersuchen, um festzustellen, ob ähnliche Effekte beobachtet und optimiert werden können.