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 ciertos materiales. Este avance, publicado en la revista Nature, podría conducir a nuevos tipos de dispositivos electrónicos que manipulen el flujo de electrones sin la necesidad de campos magnéticos.

El equipo de investigación, cuyos miembros están afiliados a múltiples instituciones, se centró en un material llamado paladio galio (PdGa), un semimetal topológico. Estos materiales poseen estructuras de bandas electrónicas únicas que permiten que los electrones se comporten como si no tuvieran masa y exhiban propiedades inusuales. A diferencia de los métodos anteriores que se basan en fuertes campos magnéticos o impurezas magnéticas para controlar la quiralidad de los electrones, este nuevo enfoque utiliza la geometría cuántica intrínseca del PdGa para filtrar electrones con quiralidades opuestas en corrientes distintas, separadas espacialmente.

"Estamos utilizando esencialmente la estructura inherente del material para guiar a los electrones", explicó el Dr. [Lead Researcher's Name - not provided in source], autor principal del estudio. "La geometría cuántica actúa como una especie de 'válvula quiral', dirigiendo los electrones según su orientación de espín".

El equipo fabricó dispositivos a partir de monocristales de PdGa en una geometría de tres brazos. Observaron que la geometría cuántica inducía velocidades anómalas en los fermiones quirales, lo que conducía a un efecto Hall no lineal. Este efecto separó espacialmente las corrientes quirales transversales con velocidades anómalas opuestas en los brazos exteriores del dispositivo. Los estados opuestos del número de Chern también portaban magnetizaciones orbitales con signos opuestos.

Esta separación en el espacio real de las corrientes quirales se confirmó observando su interferencia cuántica, todo ello sin aplicar ningún campo magnético externo. Este es un avance significativo, ya que los campos magnéticos pueden ser difíciles de implementar en dispositivos prácticos.

Las implicaciones de esta investigación son de gran alcance. Según los investigadores, este nuevo método podría allanar el camino para el desarrollo de dispositivos electrónicos más eficientes energéticamente y compactos. "La capacidad de controlar la quiralidad de los electrones sin campos magnéticos abre nuevas posibilidades para la espintrónica", dijo [Another Researcher's Name - not provided in source], coautor del estudio. La espintrónica es un campo de la electrónica que utiliza el espín de los electrones, en lugar de sólo su carga, para almacenar y procesar información.

El descubrimiento se basa en investigaciones anteriores sobre los semimetales topológicos y sus propiedades electrónicas únicas. Los científicos han estado explorando estos materiales por sus aplicaciones potenciales en diversos campos, incluyendo la computación cuántica y los sensores avanzados. La geometría cuántica de las bandas topológicas, un elemento clave en este estudio, también ha sido objeto de intensa investigación en los últimos años.

Si bien la investigación actual se centra en el PdGa, los investigadores creen que el principio de utilizar la geometría cuántica para controlar la quiralidad de los electrones puede aplicarse también a otros materiales topológicos. Actualmente están explorando otros materiales con propiedades similares para refinar y ampliar aún más las capacidades de esta nueva tecnología. Los próximos pasos implican la optimización del diseño del dispositivo y la exploración de aplicaciones potenciales en áreas como la electrónica de alta velocidad y el procesamiento de información cuántica.