Forschende haben eine neuartige Methode entwickelt, um Elektronen basierend auf ihrer Chiralität, einer Eigenschaft, die mit ihrem Spin zusammenhängt, ohne den Einsatz von Magnetfeldern zu trennen. Die Entdeckung, die 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 der auch Elektronen gehören, in unterschiedliche Zustände zu filtern, die durch ihre Chern-Zahl, eine topologische Größe, polarisiert sind.

Dieser Durchbruch ermöglicht die räumliche Trennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten, was durch die Beobachtung ihrer Quanteninterferenz demonstriert wird. Das Team fertigte Bauelemente aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie und beobachtete, dass die Quantengeometrie anomale Geschwindigkeiten in chiralen Fermionen induzierte, 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.

"Dies ist eine völlig neue Art, den Elektronenfluss zu steuern", sagte [Lead Researcher Name], der Hauptautor der Studie und Professor am [Department] der [University]. "Anstatt Magnetfelder zu verwenden, nutzen wir die intrinsischen Quanteneigenschaften des Materials selbst."

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihrem Potenzial, elektronische Geräte zu revolutionieren. Gegenwärtige elektronische Systeme sind oft auf Magnetfelder oder magnetische Dotierstoffe angewiesen, um den Elektronenfluss zu manipulieren, was energieintensiv sein und die Miniaturisierung von Geräten einschränken kann. Dieser neue Ansatz bietet jedoch eine effizientere und kompaktere Alternative.

Topologische Semimetalle wie PdGa sind Materialien mit einzigartigen elektronischen Eigenschaften, die sich aus ihrer Bandstruktur ergeben. Diese Materialien beherbergen Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten an topologischen Bandkreuzungen. Die Quantengeometrie dieser Bänder spielt eine entscheidende Rolle bei dem beobachteten Phänomen und beeinflusst die Bewegung von Elektronen in einer Weise, die eine Chiralitäts-basierte Trennung ermöglicht.

Die Ergebnisse des Teams zeigten auch, dass diese chiralen Ströme in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen tragen. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung neuer spintronischer Bauelemente, die den Spin von Elektronen zur Speicherung und Verarbeitung von Informationen nutzen.

"Die Fähigkeit, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu trennen und zu steuern, könnte zu energieeffizienteren und schnelleren elektronischen Geräten führen", erklärte [Co-author Name], ein an dem Projekt beteiligter Forscher. "Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf verschiedene Technologien haben, von der Datenverarbeitung bis hin zu Sensoren."

Die Forschenden konzentrieren sich nun darauf, andere Materialien mit ähnlichen topologischen Eigenschaften zu erforschen und das Gerätedesign für praktische Anwendungen zu optimieren. Sie glauben, dass dieser neue Ansatz zur chiralen Fermionenmanipulation den Weg für eine neue Generation von elektronischen und spintronischen Technologien ebnen könnte. Weitere Forschung ist erforderlich, um das Potenzial dieser Entdeckung vollständig zu verstehen und sie in reale Anwendungen umzusetzen.