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 publicación reciente de Nature, allana el camino para nuevos dispositivos electrónicos que manipulan el flujo de electrones sin la necesidad de campos magnéticos, lo que podría conducir a tecnologías más eficientes y compactas.

El equipo, cuyos miembros no se nombran en el material fuente proporcionado, demostró este efecto utilizando un dispositivo de tres brazos hecho de paladio galio monocristalino (PdGa). Este material es un semimetal topológico, lo que significa que posee propiedades electrónicas únicas que surgen de su estructura de bandas. Estos materiales albergan fermiones con quiralidades opuestas en los cruces de bandas topológicas. A diferencia de los métodos anteriores que se basan en fuertes campos magnéticos o dopaje magnético para controlar el flujo de electrones, este nuevo enfoque utiliza la geometría cuántica intrínseca del material para filtrar los electrones por quiralidad en distintos estados.

Según el estudio, la geometría cuántica induce velocidades anómalas en los fermiones quirales, lo que conduce a un efecto Hall no lineal. Este efecto separa 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 transportan magnetizaciones orbitales con signos opuestos. También se observó la coherencia de fase mesoscópica de estas corrientes.

La importancia de esta investigación radica en su potencial para superar las limitaciones de los dispositivos espintrónicos existentes. La espintrónica, que utiliza el espín de los electrones en lugar de su carga, ofrece ventajas como un menor consumo de energía y mayores velocidades de procesamiento de datos. Sin embargo, muchos dispositivos espintrónicos requieren campos magnéticos para manipular el espín de los electrones, lo que puede ser voluminoso y consumir mucha energía. Este nuevo método ofrece una forma de controlar la quiralidad de los electrones sin campos magnéticos, lo que podría conducir a dispositivos espintrónicos más pequeños y eficientes energéticamente.

Los investigadores creen que este descubrimiento podría tener un impacto significativo en el desarrollo de futuras tecnologías electrónicas. Al aprovechar la geometría cuántica de los materiales topológicos, podría ser posible crear nuevos tipos de componentes electrónicos, como filtros quirales y transistores basados en espín, que sean más eficientes y versátiles que los dispositivos actuales. Se necesita más investigación para explorar todo el potencial de esta tecnología y desarrollar aplicaciones prácticas.