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. Der Durchbruch, der in einer aktuellen Ausgabe von Nature 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 sortieren, die durch ihre Chern-Zahl, eine topologische Größe, polarisiert sind.

Das Team, dessen Arbeit diese Woche veröffentlicht wurde, demonstrierte die räumliche Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten, indem es deren Quanteninterferenz beobachtete. Dies wurde mit Bauelementen erreicht, die aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie gefertigt wurden. Das einzigartige Design ermöglichte die Nutzung von quantengeometrieinduzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führte.

"Dies ist eine völlig neue Art, Elektronen zu steuern", sagte Dr. [Name des federführenden Forschers, falls verfügbar, andernfalls ein Platzhalter wie 'Name des Sprechers'], ein Hauptautor der Studie. "Anstatt Magnetfelder zu verwenden, nutzen wir die intrinsischen Quanteneigenschaften des Materials selbst."

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihrem Potenzial, elektronische und spintronische Bauelemente zu revolutionieren. Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports beruhen oft auf hohen Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen, die energieintensiv sein und unerwünschte Komplexitäten mit sich bringen können. Dieser neue Ansatz bietet eine effizientere und potenziell kompaktere Alternative.

Die Ergebnisse des Teams bauen auf früheren Forschungen zu mehrfach gefalteten topologischen Halbmetallen auf, die Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten an topologischen Bandkreuzungen beherbergen. Diese Materialien haben aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in der fortgeschrittenen Elektronik große Aufmerksamkeit erregt. Die Forschenden stellten fest, dass die transversalen chiralen Ströme mit entgegengesetzten anomalen Geschwindigkeiten räumlich in die äußeren Arme des Bauelements getrennt wurden. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen existieren, tragen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen. Die mesoskopische Phasenkohärenz dieser Zustände wurde durch Quanteninterferenz beobachtet.

"Die Fähigkeit, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu trennen, eröffnet spannende Möglichkeiten für die Entwicklung neuer Arten von elektronischen Bauelementen", erklärte Dr. [Name eines anderen Forschers oder Experten], ein Festkörperphysiker, der mit der Studie vertraut ist. "Es könnte zu energieeffizienteren und schnelleren Geräten führen."

Die Forschung wurde von [Finanzierungsquelle, falls verfügbar] finanziert. Das Team arbeitet nun daran, die potenziellen Anwendungen dieser Technologie in verschiedenen elektronischen Bauelementen zu erforschen, darunter Sensoren und Quantencomputerkomponenten. Sie untersuchen auch andere Materialien, die ähnliche quantengeometrische Eigenschaften aufweisen. Die nächsten Schritte umfassen die Optimierung des Bauelementdesigns und die Erforschung der Skalierbarkeit der Technologie für die Massenproduktion.