Investigadores han desarrollado un método novedoso para separar electrones basándose en su quiralidad, una propiedad relacionada con su espín, utilizando la geometría cuántica de bandas topológicas en un material no magnético. El descubrimiento, detallado en un artículo reciente en Nature, allana el camino para nuevos dispositivos electrónicos que manipulan el flujo de electrones sin la necesidad de campos magnéticos, un requisito común en la espintrónica.

El equipo, cuyos miembros no se nombran en el material fuente proporcionado, logró esta separación en dispositivos fabricados con galio de paladio monocristalino (PdGa) configurado en una geometría de tres brazos. Esta disposición específica permitió la observación de velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de fermiones quirales, lo que condujo a un efecto Hall no lineal. Las corrientes quirales transversales resultantes, que poseen velocidades anómalas opuestas, se separaron espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo.

Esta separación en el espacio real de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas se demostró observando su interferencia cuántica, un fenómeno que destaca la naturaleza ondulatoria de los electrones, sin la influencia de ningún campo magnético externo. Esta es una desviación significativa de los métodos tradicionales que se basan en campos magnéticos o dopantes magnéticos para controlar el transporte quiral en sistemas topológicos.

Los semimetales topológicos, la clase de materiales utilizados en esta investigación, albergan fermiones con quiralidades opuestas en los cruces de bandas topológicas. Estos materiales han atraído una atención significativa en la física de la materia condensada debido a sus propiedades electrónicas únicas. La capacidad de manipular estas propiedades a través de la geometría cuántica abre nuevas vías para el diseño de dispositivos electrónicos y espintrónicos.

La importancia de esta investigación radica en el potencial de crear dispositivos electrónicos más compactos y de bajo consumo energético. Los dispositivos espintrónicos actuales a menudo requieren campos magnéticos fuertes, que consumen energía y pueden ser difíciles de miniaturizar. Al utilizar la geometría cuántica intrínseca de materiales como el PdGa, los investigadores pueden superar potencialmente estas limitaciones.

La investigación también destaca la conexión entre la quiralidad, la magnetización orbital y el número de Chern. Las corrientes quirales en estados de número de Chern opuestos, que son invariantes topológicos que caracterizan la estructura de bandas electrónicas, también conllevan magnetizaciones orbitales con signos opuestos. Esta interacción entre diferentes propiedades cuánticas podría conducir a nuevos descubrimientos y aplicaciones en el campo de los materiales topológicos.

Se necesita más investigación para explorar todo el potencial de esta tecnología y para identificar otros materiales que exhiban una separación quiral similar inducida por la geometría cuántica. Los hallazgos del equipo representan un importante paso adelante en el desarrollo de nuevos dispositivos electrónicos basados en los principios de la mecánica cuántica y la ciencia de los materiales.