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, publicado en la revista Nature, permite la separación espacial de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas sin necesidad de campos magnéticos, lo que podría revolucionar el diseño de dispositivos electrónicos.

El equipo, cuyos miembros no fueron nombrados individualmente en el material original, logró esto fabricando dispositivos de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos. Este material y diseño específicos aprovechan las velocidades anómalas de los fermiones quirales inducidas por la geometría cuántica, lo que resulta en un efecto Hall no lineal. Las corrientes quirales transversales, que poseen velocidades anómalas opuestas, se separan espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo.

"Esta es una forma completamente nueva de manipular electrones", dijo un investigador involucrado en el estudio, según el artículo de Nature. "Al utilizar las propiedades inherentes a la geometría cuántica del material, podemos filtrar los electrones por su quiralidad y dirigirlos a diferentes ubicaciones".

Los semimetales topológicos, la clase de materiales utilizados en esta investigación, albergan fermiones con quiralidades opuestas en los cruces de bandas topológicas. Tradicionalmente, la manipulación del transporte fermiónico quiral requería fuertes campos magnéticos o dopantes magnéticos para superar los efectos de transporte no deseados y crear un desequilibrio en la ocupación de estados con números de Chern opuestos. Este nuevo enfoque evita estos requisitos, ofreciendo un método más eficiente y potencialmente menos intensivo en energía.

La separación de corrientes quirales también conduce a la separación de magnetizaciones orbitales con signos opuestos. Esto abre posibilidades para crear nuevos tipos de dispositivos espintrónicos, que utilizan el espín de los electrones en lugar de su carga para almacenar y procesar información.

Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance, lo que podría afectar el desarrollo de dispositivos electrónicos más eficientes y compactos. La capacidad de controlar el flujo de electrones basándose en la quiralidad sin campos magnéticos podría conducir a avances en áreas como la computación cuántica, los sensores y la electrónica de bajo consumo.

Se están llevando a cabo más investigaciones para explorar todo el potencial de esta válvula fermiónica quiral impulsada por la geometría cuántica y para investigar su aplicabilidad a otros materiales topológicos. El equipo también está trabajando en la ampliación del proceso de fabricación de dispositivos para que sea más viable comercialmente.