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. Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurden, beschreiben detailliert, 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. Diese Bauelemente zeigten quantengeometrieinduzierte anomale Geschwindigkeiten chiraler Fermionen, 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", so die 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. Dieser neue Ansatz umgeht die Notwendigkeit dieser externen Einflüsse und bietet eine potenziell effizientere und weniger umständliche Methode zur Steuerung des Elektronenflusses.

Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass diese Entdeckung erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung neuer elektronischer und spintronischer Bauelemente haben könnte. Durch die Steuerung der Chiralität von Elektronen könnte es möglich sein, effizientere und leistungsfähigere elektronische Komponenten zu entwickeln. Es sind weitere Forschungsarbeiten geplant, um das volle Potenzial dieser quantengeometriegetriebenen chiralen fermionischen Ventile und ihre Anwendungen in fortschrittlichen Technologien zu untersuchen.