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 materiales topológicos. Este avance, detallado en una publicación reciente de Nature, permite la separación espacial de corrientes con quiralidades opuestas sin la necesidad de campos magnéticos, revolucionando potencialmente el diseño de dispositivos electrónicos.

El equipo, cuyos miembros están afiliados a múltiples instituciones, demostró este fenómeno utilizando dispositivos hechos de galio de paladio monocristalino (PdGa) en una geometría de tres brazos. Observaron que la geometría cuántica de las bandas electrónicas del material inducía velocidades anómalas en fermiones quirales, lo que conducía a un efecto Hall no lineal. Este efecto separa espacialmente las corrientes quirales transversales con velocidades anómalas opuestas en los brazos exteriores del dispositivo.

"Esta es una forma completamente nueva de manipular electrones", dijo [Lead Researcher Name], [Researcher Title] en [Institution Name]. "Al explotar la geometría cuántica intrínseca del material, podemos filtrar los electrones por su quiralidad, abriendo posibilidades para nuevos tipos de dispositivos electrónicos".

Los semimetales topológicos, la clase de materiales utilizados en el estudio, albergan fermiones con quiralidades opuestas en los cruces de bandas topológicas. Tradicionalmente, la manipulación del transporte fermiónico quiral requería fuertes campos magnéticos o dopaje magnético para suprimir el transporte no deseado y crear un desequilibrio en la ocupación de estados con números de Chern opuestos. El nuevo método evita este requisito utilizando la geometría cuántica de las bandas topológicas para filtrar los fermiones por quiralidad en distintos estados polarizados por el número de Chern.

La importancia de esta investigación radica en su potencial para crear dispositivos electrónicos más eficientes y compactos. La separación espacial de las corrientes quirales podría conducir al desarrollo de nuevos tipos de sensores, dispositivos espintrónicos y componentes de computación cuántica. Además, la ausencia de necesidad de campos magnéticos simplifica la fabricación de dispositivos y reduce el consumo de energía.

Los hallazgos del equipo se basan en investigaciones previas sobre velocidades anómalas en materiales topológicos. Estas velocidades, inducidas por la geometría cuántica de las bandas electrónicas, hacen que los electrones se muevan en direcciones inesperadas cuando se someten a un campo eléctrico. Al diseñar cuidadosamente la geometría del dispositivo y la composición del material, los investigadores pudieron aprovechar estas velocidades anómalas para separar las corrientes quirales.

La coherencia de fase mesoscópica de estas corrientes quirales en estados de número de Chern opuestos también conlleva magnetizaciones orbitales con signos opuestos. Esto añade otra capa de complejidad y funcionalidad potencial al sistema.

Las investigaciones futuras se centrarán en la exploración de otros materiales con propiedades geométricas cuánticas similares y en la optimización de los diseños de los dispositivos para aplicaciones específicas. El equipo también planea investigar el potencial del uso de esta tecnología para crear nuevos tipos de sensores cuánticos y dispositivos informáticos.