Forscher 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 Palladiumgallium (PdGa), 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.

Das Forschungsteam, dessen Mitglieder in dem bereitgestellten Material nicht genannt wurden, fertigte Bauelemente aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie. Dieses Design ermöglichte es ihnen, die quantengeometrieinduzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen zu beobachten, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führte. Die resultierenden transversalen chiralen Ströme, die entgegengesetzte anomale Geschwindigkeiten aufweisen, wurden räumlich in die äußeren Arme des Bauelements getrennt.

Diese Trennung ist von Bedeutung, da chirale Ströme in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen tragen. Traditionell erforderte die Manipulation des chiralen fermionischen Transports in topologischen Systemen starke Magnetfelder oder magnetische Dotierstoffe, um unerwünschten Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung entgegengesetzter Chern-Zahl-Zustände zu erzeugen. Diese neue Methode umgeht diese Anforderung, indem sie die intrinsische Quantengeometrie des Materials nutzt.

Die Auswirkungen dieser Forschung sind potenziell weitreichend für die Entwicklung elektronischer und spintronischer Bauelemente. Indem sie eine Möglichkeit bietet, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu steuern und zu manipulieren, könnte die Technologie zu energieeffizienteren und kompakteren elektronischen Komponenten führen. Die weitere Forschung wird sich wahrscheinlich auf die Erforschung des Potenzials dieser Methode in anderen Materialien und Gerätearchitekturen konzentrieren. Die Fähigkeit, den Elektronenfluss auf dieser fundamentalen Ebene zu manipulieren, eröffnet neue Wege für die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Systeme.