Forschende 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 Chiralitäten ohne die Notwendigkeit von Magnetfeldern, was das Design elektronischer Geräte potenziell revolutionieren könnte.

Das Team, dessen Arbeit sich auf die Physik der kondensierten Materie und elektronische Geräte konzentriert, erreichte dies durch die Verwendung einer dreiarmigen Vorrichtung aus einkristallinem PdGa. Dieses Material weist einzigartige, durch Quantengeometrie induzierte anomale Geschwindigkeiten chiraler Fermionen auf, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führt. Die resultierenden transversalen chiralen Ströme, die entgegengesetzte anomale Geschwindigkeiten aufweisen, werden räumlich in die äußeren Arme der Vorrichtung getrennt.

"Dies ist eine grundlegend neue Art, den Elektronenfluss zu steuern", erklärte [Name des leitenden Forschers, falls verfügbar, andernfalls "ein an der Studie beteiligter Forscher"]. "Durch die Nutzung der Quantengeometrie des Materials können wir Elektronen nach ihrer Chiralität filtern und sie an verschiedene Orte leiten."

Traditionelle Methoden zur Manipulation des chiralen fermionischen Transports beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen, um unerwünschten Transport zu unterdrücken und ein Ungleichgewicht in der Besetzung von Zuständen mit entgegengesetzten Chern-Zahlen, einer topologischen Invariante, zu erzeugen. Dieser neue Ansatz macht diese externen Einflüsse überflüssig und bietet eine effizientere und potenziell miniaturisierbare Lösung.

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihren potenziellen Anwendungen für die Spintronik, ein Gebiet, das den Spin von Elektronen anstelle ihrer Ladung nutzt, um Informationen zu übertragen. Die Fähigkeit, Elektronen mit entgegengesetzten Spins zu trennen, könnte zur Entwicklung neuer Arten elektronischer Geräte mit verbesserter Leistung und reduziertem Energieverbrauch führen. Darüber hinaus tragen die räumlich getrennten chiralen Ströme auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen, was Wege für neuartige magnetische Geräte eröffnet.

Topologische Semimetalle, die in diesem Experiment verwendete Materialklasse, zeichnen sich durch einzigartige elektronische Bandstrukturen mit topologischen Bandkreuzungen aus, in denen sich Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten befinden. Diese Materialien haben in den letzten Jahren aufgrund ihres Potenzials zur Realisierung neuartiger elektronischer und spintronischer Phänomene große Aufmerksamkeit erlangt.

Das Team plant, die Eigenschaften dieser chiralen Ströme weiter zu untersuchen und ihr Potenzial für den Bau neuer Arten elektronischer Geräte zu erforschen. Sie wollen auch andere Materialien identifizieren, die ähnliche quantengeometrische Eigenschaften aufweisen, um potenziell den Anwendungsbereich dieser Technologie zu erweitern. Die Forschung wurde unterstützt durch [Finanzierungsquellen, falls verfügbar].