Investigadores han desarrollado un método novedoso para separar electrones basándose en su quiralidad, una propiedad relacionada con la dirección de su espín, utilizando la geometría cuántica de bandas topológicas en un material no magnético. Este avance, detallado en una reciente publicación de Nature, permite la separación espacial de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas y su subsiguiente interferencia cuántica, todo ello sin necesidad de campos magnéticos o dopantes magnéticos, que normalmente se requieren para tales manipulaciones.
El equipo de investigación, cuyos miembros están afiliados a múltiples instituciones, demostró este fenómeno utilizando dispositivos fabricados con PdGa monocristalino, con forma de geometría de tres brazos. El diseño único aprovecha las velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de los fermiones quirales, lo que conduce a un efecto Hall no lineal. Este efecto hace que las corrientes quirales transversales con velocidades anómalas opuestas se separen espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo.
"Esta es una forma completamente nueva de controlar el flujo de electrones", dijo [Lead Researcher Name], [Researcher Title] en [University/Institution]. "Al utilizar las propiedades cuánticas inherentes del material, podemos manipular los electrones de formas que antes solo eran posibles con fuertes campos magnéticos".
La importancia de este descubrimiento radica en su potencial para revolucionar los dispositivos electrónicos y espintrónicos. Los métodos actuales para manipular fermiones quirales a menudo se basan en campos magnéticos elevados, que consumen mucha energía y pueden limitar la miniaturización de los dispositivos. El nuevo método ofrece una alternativa más eficiente y escalable.
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 los últimos años debido a sus propiedades electrónicas únicas. La innovación del equipo reside en su capacidad para explotar la geometría cuántica de estos materiales para filtrar los fermiones por quiralidad en distintos estados polarizados por el número de Chern. El número de Chern es un invariante topológico que caracteriza la estructura de bandas electrónicas.
Las corrientes quirales separadas espacialmente también transportan magnetizaciones orbitales con signos opuestos, lo que añade otra capa de control y posibles aplicaciones. El equipo observó la coherencia de fase mesoscópica de estas corrientes quirales, lo que confirma aún más la eficacia de su método.
"La capacidad de separar y controlar las corrientes quirales sin campos magnéticos abre posibilidades interesantes para nuevos tipos de dispositivos electrónicos", explicó [Co-author Name], [Co-author Title] en [University/Institution]. "Prevemos aplicaciones en áreas como la computación cuántica, la espintrónica y los sensores".
Los investigadores están trabajando actualmente en la optimización del diseño del dispositivo y en la exploración de otros materiales con propiedades geométricas cuánticas similares. Creen que este enfoque puede extenderse a otros materiales topológicos, allanando el camino para una nueva generación de dispositivos electrónicos basados en la geometría cuántica. Los próximos pasos implican una mayor investigación de las propiedades del material y la optimización del dispositivo para mejorar el rendimiento y explorar posibles aplicaciones.
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