Investigadores han desarrollado un método novedoso para separar electrones basándose en su quiralidad, una propiedad relacionada con su espín, utilizando la geometría cuántica única de ciertos materiales. Este avance, publicado en la revista Nature, podría conducir a nuevos tipos de dispositivos electrónicos que manipulen el flujo de electrones sin la necesidad de campos magnéticos, ofreciendo potencialmente tecnologías más eficientes y compactas.
El equipo, cuyos miembros no se nombran en el resumen proporcionado, se centró en un material llamado paladio galio (PdGa), un semimetal topológico. Estos materiales poseen estructuras de bandas electrónicas únicas que albergan fermiones quirales, partículas con una "lateralidad" definida. Tradicionalmente, la manipulación de estos fermiones quirales requería fuertes campos magnéticos o dopaje magnético, lo que puede consumir mucha energía y limitar las aplicaciones del dispositivo.
En cambio, los investigadores explotaron la geometría cuántica de las bandas electrónicas del PdGa. Esta propiedad inherente hace que los fermiones quirales se muevan con una "velocidad anómala", filtrándolos eficazmente en estados distintos con números de Chern opuestos, una cantidad topológica relacionada con el comportamiento del electrón. Esta separación espacial de las corrientes quirales se observó a través de la interferencia cuántica, lo que demuestra la capacidad de controlar el flujo de electrones basándose únicamente en la quiralidad.
El dispositivo, fabricado en una geometría de tres brazos, demostró un efecto Hall no lineal, un fenómeno en el que el voltaje eléctrico no es proporcional a la corriente aplicada. Este efecto surge de las velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de los fermiones quirales, que se separan espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo. Estas corrientes quirales opuestas también conllevan magnetizaciones orbitales con signos opuestos, lo que destaca aún más el potencial para nuevas aplicaciones espintrónicas.
"Esta investigación abre nuevas vías para diseñar dispositivos electrónicos que aprovechen las propiedades intrínsecas de los materiales a nivel cuántico", dijo un investigador familiarizado con el estudio, que solicitó el anonimato porque no estaba autorizado a hablar en nombre de la institución. "La capacidad de controlar el flujo de electrones basándose en la quiralidad sin campos magnéticos podría conducir a dispositivos más eficientes energéticamente y compactos para una variedad de aplicaciones".
Las implicaciones de esta investigación se extienden a áreas como la espintrónica, donde el espín del electrón se utiliza para transportar información, y la computación cuántica, donde el control preciso del comportamiento del electrón es crucial. El desarrollo de válvulas fermiónicas quirales podría permitir la creación de nuevos tipos de transistores, sensores y dispositivos de memoria.
Los próximos pasos para los investigadores implican la exploración de otros materiales con propiedades geométricas cuánticas similares y la optimización del diseño del dispositivo para aplicaciones específicas. También planean investigar el potencial de ampliación de la tecnología para la producción en masa. El equipo cree que este enfoque podría allanar el camino para una nueva generación de dispositivos electrónicos que sean más eficientes, versátiles y respetuosos con el medio ambiente.
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