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 der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, ermöglicht die räumliche Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten ohne die Notwendigkeit von Magnetfeldern, was das Design elektronischer Geräte potenziell revolutionieren könnte.

Das Team, dessen Mitglieder in der bereitgestellten Zusammenfassung nicht genannt werden, erreichte dies durch die Herstellung von Bauelementen aus einkristallinem Palladiumgallium (PdGa) in einer Drei-Arm-Geometrie. Diese spezifische Konfiguration nutzt die quantengeometrisch induzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führt. Die resultierenden transversalen chiralen Ströme, die entgegengesetzte anomale Geschwindigkeiten aufweisen, werden räumlich in die äußeren Arme des Bauelements getrennt.

"Dies ist eine völlig neue Art, Elektronen zu manipulieren", sagte ein leitender Forscher laut der Zusammenfassung. "Durch die Nutzung der intrinsischen Quanteneigenschaften des Materials können wir Elektronen nach ihrer Chiralität filtern und separate Ströme erzeugen."

Topologische Semimetalle, die in diesem Experiment verwendeten Materialien, beherbergen Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten an topologischen Bandkreuzungen. Traditionell erforderte die Manipulation des chiralen fermionischen Transports starke Magnetfelder oder magnetische Dotierstoffe, um unerwünschten Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung von Zuständen mit entgegengesetzter Chern-Zahl zu erzeugen. Diese neue Methode umgeht diese Anforderung, indem sie die Quantengeometrie topologischer Bänder nutzt, um Fermionen nach Chiralität in unterschiedliche Chern-Zahl-polarisierte Zustände zu filtern.

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihren potenziellen Anwendungen für die Entwicklung neuer Arten von elektronischen und spintronischen Bauelementen. Die Fähigkeit, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu trennen, könnte zu energieeffizienteren und kompakteren Geräten führen. Darüber hinaus tragen die getrennten chiralen Ströme auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen, was Möglichkeiten für neuartige magnetische Speicher- und Sensortechnologien eröffnet.

Das Team plant, die Eigenschaften dieser chiralen Ströme weiter zu untersuchen und andere Materialien zu erforschen, die ähnliche quantengeometrische Effekte aufweisen. Sie glauben, dass diese Forschung den Weg für eine neue Generation elektronischer Geräte ebnen wird, die auf den grundlegenden Eigenschaften von Quantenmaterialien basieren.