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 dass Magnetfelder erforderlich sind, eine übliche Voraussetzung bei früheren Methoden.

Das Forschungsteam, das sich auf das topologische Halbmetall PdGa konzentrierte, entwickelte Bauelemente in einer Drei-Arm-Geometrie. Diese Bauelemente nutzen die quantengeometrieinduzierten 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 des Bauelements. Die entgegengesetzten Chern-Zahl-Zustände dieser chiralen Ströme tragen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.

"Dies ist eine völlig neue Art, den Elektronenfluss zu steuern", sagte [Name des leitenden Forschers, falls verfügbar, andernfalls ein Platzhalter wie "ein leitender Forscher des Projekts"], "[Zitat, das die Bedeutung der Forschung und ihre potenziellen Auswirkungen erklärt]."

Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischer Dotierung, um unerwünschten Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung von Zuständen mit entgegengesetzten Chern-Zahlen zu erzeugen. Dieser neue Ansatz umgeht diese Anforderungen, indem er die intrinsische Quantengeometrie des Materials selbst ausnutzt.

Topologische Halbmetalle sind Materialien mit einzigartigen elektronischen Eigenschaften, die sich aus ihrer Bandstruktur ergeben, in der die Energieniveaus von Elektronen topologische Merkmale bilden. Diese Merkmale, die als Bandkreuzungen bekannt sind, beherbergen Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten. Die Quantengeometrie dieser Bänder spielt eine entscheidende Rolle bei der Steuerung des Verhaltens von Elektronen innerhalb des Materials.

Die Ergebnisse des Teams könnten erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung neuer elektronischer und spintronischer Bauelemente haben. Indem sie eine Möglichkeit bieten, den Elektronenfluss basierend auf der Chiralität ohne die Notwendigkeit von Magnetfeldern zu steuern, eröffnet diese Forschung die Tür zu energieeffizienteren und kompakteren Bauelementen.

Die Forscher untersuchen derzeit das Potenzial dieser Technologie für verschiedene Anwendungen, darunter die Entwicklung neuer Arten von Sensoren und Quantencomputerbauelementen. Weitere Studien sind geplant, um das Verhalten dieser chiralen Ströme in verschiedenen Materialien und Bauelementgeometrien zu untersuchen.