Forschende haben eine neuartige Methode zur Trennung von Elektronen basierend auf ihrer Chiralität entwickelt, einer Eigenschaft, die mit ihrem Spin zusammenhängt, und zwar unter Verwendung der einzigartigen Quantengeometrie topologischer Materialien. Dieser Durchbruch, der in einer kürzlich erschienenen Nature-Publikation detailliert beschrieben wird, ebnet den Weg für neue elektronische Bauelemente, die den Elektronenfluss ohne Magnetfelder manipulieren und potenziell zu effizienteren und kompakteren Technologien führen.

Das Team, dessen Mitglieder im vorliegenden Quellenmaterial nicht genannt werden, demonstrierte diesen Effekt anhand eines dreiarmigen Bauelements aus einkristallinem Palladiumgallium (PdGa). Dieses Material ist ein topologisches Halbmetall, was bedeutet, dass es einzigartige elektronische Eigenschaften besitzt, die sich aus seiner Bandstruktur ergeben. Diese Materialien beherbergen Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten an topologischen Bandkreuzungen. Im Gegensatz zu früheren Methoden, die auf starken Magnetfeldern oder magnetischer Dotierung beruhen, um den Elektronenfluss zu steuern, nutzt dieser neue Ansatz die intrinsische Quantengeometrie des Materials, um Elektronen nach Chiralität in unterschiedliche Zustände zu filtern.

Laut der Studie induziert die Quantengeometrie anomale Geschwindigkeiten in chiralen 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. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zuständen existieren, tragen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen. Die mesoskopische Phasenkohärenz dieser Ströme wurde ebenfalls beobachtet.

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihrem Potenzial, die Einschränkungen bestehender spintronischer Bauelemente zu überwinden. Die Spintronik, die den Spin von Elektronen anstelle ihrer Ladung nutzt, bietet Vorteile wie geringeren Stromverbrauch und höhere Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten. Viele spintronische Bauelemente benötigen jedoch Magnetfelder, um den Elektronenspin zu manipulieren, was sperrig und energieintensiv sein kann. Diese neue Methode bietet eine Möglichkeit, die Elektronenchiralität ohne Magnetfelder zu steuern, was potenziell zu kleineren, energieeffizienteren spintronischen Bauelementen führt.

Die Forschenden glauben, dass diese Entdeckung einen bedeutenden Einfluss auf die Entwicklung zukünftiger elektronischer Technologien haben könnte. Durch die Nutzung der Quantengeometrie topologischer Materialien könnte es möglich sein, neue Arten von elektronischen Komponenten zu entwickeln, wie z. B. chirale Filter und spinbasierte Transistoren, die effizienter und vielseitiger sind als aktuelle Bauelemente. Weitere Forschung ist erforderlich, um das volle Potenzial dieser Technologie zu erforschen und praktische Anwendungen zu entwickeln.