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 los materiales topológicos. Este avance, detallado en una reciente publicación de Nature, permite la separación espacial de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas sin la necesidad de campos magnéticos, lo que podría revolucionar el diseño de dispositivos electrónicos.

El equipo, cuyo trabajo se centra en el semimetal topológico múltiple PdGa, demostró que la geometría cuántica del material puede aprovecharse para filtrar fermiones, partículas elementales como los electrones, en distintos estados polarizados por el número de Chern. El número de Chern es un invariante topológico que caracteriza la estructura de bandas de un material. Este proceso de filtrado conduce a la separación en el espacio real de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas, un fenómeno observado a través de la interferencia cuántica.

"Esta investigación abre nuevas vías para el diseño de dispositivos electrónicos que explotan las propiedades intrínsecas de los materiales cuánticos", dijo [Lead Researcher Name], [Researcher Title] en [Institution]. "Al manipular la geometría cuántica de estos materiales, podemos controlar el flujo de electrones de maneras sin precedentes".

Los métodos tradicionales para manipular el transporte fermiónico quiral a menudo se basan en fuertes campos magnéticos o dopantes magnéticos, lo que puede ser poco práctico e introducir complejidades no deseadas. El nuevo enfoque elude estas limitaciones utilizando la geometría cuántica inherente del material.

Los investigadores fabricaron dispositivos a partir de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos. Observaron que la geometría cuántica inducía velocidades anómalas en los fermiones quirales, lo que resultaba en un efecto Hall no lineal. Este efecto separó espacialmente las corrientes quirales transversales con velocidades anómalas opuestas en los brazos exteriores del dispositivo. Estas corrientes quirales, que existen en estados de número de Chern opuestos, también exhiben magnetizaciones orbitales con signos opuestos.

Las implicaciones de esta investigación son significativas para el desarrollo de dispositivos electrónicos y espintrónicos avanzados. Al permitir el control y la manipulación precisos de las corrientes quirales, el nuevo método podría conducir a componentes electrónicos más eficientes y de ahorro de energía. Además, la capacidad de separar las corrientes quirales sin campos magnéticos abre posibilidades para crear dispositivos que sean menos susceptibles a la interferencia externa.

"La capacidad de controlar el flujo de electrones basándose en la quiralidad es un gran paso adelante", comentó [Expert Name], [Expert Title] en [Other Institution], que no participó en el estudio. "Esta investigación podría allanar el camino para nuevos tipos de dispositivos cuánticos con funcionalidad mejorada".

El equipo de investigación planea investigar más a fondo el potencial de la geometría cuántica en otros materiales topológicos y explorar sus aplicaciones en diversos dispositivos electrónicos. También están trabajando en la ampliación del proceso de fabricación para que la tecnología sea más accesible para las aplicaciones industriales.