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, cuyas afiliaciones no estaban disponibles de inmediato, logró esto fabricando dispositivos de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos. Este material y configuración específicos explotan las velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de los fermiones quirales, 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 principal del estudio. "Al utilizar las propiedades inherentes a la geometría cuántica del material, podemos filtrar los electrones por su quiralidad y dirigirlos a diferentes ubicaciones".

La importancia de esta investigación radica en su alejamiento de los métodos tradicionales de separación quiral, que a menudo se basan en fuertes campos magnéticos o dopantes magnéticos. Estos métodos pueden consumir mucha energía e introducir complejidades no deseadas en los sistemas electrónicos. El nuevo enfoque ofrece una alternativa más eficiente y potencialmente más escalable.

Los materiales topológicos, como el PdGa, poseen propiedades electrónicas únicas que surgen de su estructura de bandas. Estos materiales albergan fermiones quirales en cruces de bandas topológicas, lo que significa que los electrones se comportan como si tuvieran una "lateralidad" definida. La geometría cuántica de estas bandas juega un papel crucial en la influencia del movimiento de estos fermiones quirales.

Las corrientes quirales separadas también transportan magnetizaciones orbitales con signos opuestos, lo que abre posibilidades para dispositivos espintrónicos, que utilizan el espín de los electrones para el procesamiento y almacenamiento de información. Esto podría conducir al desarrollo de dispositivos electrónicos más rápidos y con mayor eficiencia energética.

Si bien la investigación aún se encuentra en sus primeras etapas, las implicaciones son de gran alcance. La capacidad de controlar y manipular las corrientes quirales sin campos magnéticos podría conducir a avances en diversos campos, incluida la computación cuántica, los sensores y otras aplicaciones electrónicas. El equipo está trabajando actualmente en la exploración de otros materiales y geometrías de dispositivos para optimizar aún más el proceso de separación quiral y explorar posibles aplicaciones.