Forschende 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 potenziell das Design elektronischer Geräte revolutionieren könnte.

Das Team, dessen Arbeit sich auf das mehrfach gefaltete topologische Semimetall PdGa konzentriert, demonstrierte, dass die Quantengeometrie der elektronischen Bänder 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.

"Dies ist eine völlig neue Art, den Elektronenfluss zu steuern", sagte [Lead Researcher Name], ein [Researcher Title] am [Institution Name] und Hauptautor der Studie. "Durch die Nutzung der intrinsischen Quantengeometrie des Materials können wir das Verhalten der Elektronen ohne externe Magnetfelder manipulieren, was Möglichkeiten für effizientere und kompaktere elektronische Geräte eröffnet."

Die Forschenden fertigten Bauelemente aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie. Sie beobachteten, dass die quantengeometrieinduzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führten. Dieser Effekt trennte räumlich transversale chirale Ströme mit entgegengesetzten anomalen Geschwindigkeiten in die äußeren Arme des Bauelements. 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 hohen Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen. Diese Ansätze werden verwendet, um trivialen Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung von entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen zu erzeugen. Die neue Methode umgeht diese Anforderungen und bietet einen rationelleren und energieeffizienteren Ansatz.

Die Auswirkungen dieser Forschung reichen bis zur Entwicklung fortschrittlicher elektronischer und spintronischer Geräte. Die Fähigkeit, chirale Ströme zu steuern und zu trennen, könnte zu neuen Arten von Sensoren, Transistoren und Speichergeräten führen. Darüber hinaus könnte die Verwendung der Quantengeometrie als treibende Kraft für die Elektronenmanipulation den Weg für neuartige Quantencomputerarchitekturen ebnen.

"Wir fangen gerade erst an, das Potenzial der Quantengeometrie in der Materialwissenschaft zu erforschen", fügte [Researcher Name] hinzu. "Diese Arbeit bietet eine Grundlage für die Entwicklung neuer Materialien und Geräte mit beispiellosen Funktionalitäten."

Das Forschungsteam plant, die Eigenschaften dieser chiralen Ströme weiter zu untersuchen und ihr potenzielles Anwendungsspektrum in verschiedenen technologischen Bereichen zu erforschen. Sie arbeiten auch an der Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten quantengeometrischen Eigenschaften, um die Effizienz und Leistung dieser Geräte weiter zu verbessern. Die Studie wurde von [Funding Source] unterstützt.