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 fermionischen Chiralitäten, ohne dass Magnetfelder erforderlich sind, was bei früheren Ansätzen eine übliche Voraussetzung war.

Das Team erreichte dies durch die Herstellung von Bauelementen aus einkristallinem PdGa in einer Drei-Arm-Geometrie. Die spezifische Anordnung nutzt die quantengeometrieinduzierten anomalen Geschwindigkeiten chiraler Fermionen, was zu einem nichtlinearen Hall-Effekt führt. Dieser Effekt trennt transversal chirale Ströme mit entgegengesetzten anomalen Geschwindigkeiten räumlich in die äußeren Arme des Bauelements. Diese chiralen Ströme, die in entgegengesetzten Chern-Zahl-Zuständen existieren, tragen auch Orbitalmagnetisierungen mit entgegengesetzten Vorzeichen.

"Dies ist eine völlig neue Art, den Elektronenfluss zu steuern", sagte [Lead Researcher Name], ein [Researcher Title] am [Institution Name]. "Durch die Nutzung der intrinsischen Quanteneigenschaften des Materials können wir Elektronen basierend auf ihrer Chiralität filtern und sie an verschiedene Orte leiten."

Die Bedeutung dieser Forschung liegt in ihrem Potenzial, elektronische und spintronische Bauelemente zu revolutionieren. Traditionelle Methoden zur Manipulation chiraler Fermionen beruhen oft auf starken Magnetfeldern oder magnetischen Dotierstoffen, die energieintensiv sein und unerwünschte Effekte verursachen können. Dieser neue Ansatz bietet eine effizientere und präzisere Möglichkeit, den Elektronenfluss zu steuern, was potenziell zu kleineren, schnelleren und energieeffizienteren Bauelementen führen kann.

Topologische Semimetalle, die in diesem Experiment verwendete Materialklasse, beherbergen Fermionen mit entgegengesetzten Chiralitäten an topologischen Bandkreuzungen. Diese Materialien haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen Eigenschaften und ihres Potenzials für technologische Anwendungen große Aufmerksamkeit erlangt. Die Quantengeometrie dieser Materialien, ein Konzept, das die Form und Krümmung elektronischer Wellenfunktionen beschreibt, spielt eine entscheidende Rolle bei dem beobachteten Effekt.

Das Team beobachtete Quanteninterferenzmuster, die die Realraumtrennung von Strömen mit entgegengesetzten fermionischen Chiralitäten bestätigten. Diese Beobachtung liefert einen direkten Beweis für die Wirksamkeit ihrer Methode.

"Die Fähigkeit, chirale Ströme ohne Magnetfelder zu trennen, eröffnet spannende Möglichkeiten für neue Arten von elektronischen Bauelementen", erklärte [Co-author Name], ein [Co-author Title] am [Co-author Institution]. "Wir sehen Anwendungen in Bereichen wie Quantencomputing, Spintronik und Sensoren."

Die Forschenden arbeiten derzeit an der Optimierung des Bauelementdesigns und der Erforschung anderer Materialien mit ähnlichen topologischen Eigenschaften. Sie glauben, dass dieser Ansatz auf andere topologische Materialien ausgeweitet werden kann, was den Weg für eine neue Generation chiraler elektronischer Bauelemente ebnet. Weitere Forschung wird sich auf das Verständnis der Grenzen dieser Methode und die Erforschung ihres Potenzials für die Integration in bestehende elektronische Technologien konzentrieren.