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

El equipo, cuyos miembros no se nombran en el resumen proporcionado, logró esto fabricando dispositivos de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos. Esta geometría específica aprovecha las velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de los fermiones quirales, lo que lleva a un efecto Hall no lineal. Las corrientes quirales transversales resultantes, que poseen velocidades anómalas opuestas, se separan espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo.

"Esta investigación demuestra la posibilidad de manipular electrones basándose en sus propiedades cuánticas intrínsecas, abriendo nuevas vías para dispositivos electrónicos avanzados", dijo una declaración incluida en el resumen.

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 ser limitantes debido a su consumo de energía y la posible interferencia con el rendimiento del dispositivo. El nuevo enfoque, que utiliza la geometría cuántica, ofrece una forma más eficiente energéticamente y potencialmente más precisa de controlar el flujo de electrones.

Los semimetales topológicos, los materiales utilizados en este experimento, se caracterizan por estructuras de bandas electrónicas únicas que presentan puntos donde las bandas se cruzan. Estos cruces albergan fermiones con quiralidades opuestas. La geometría cuántica de estas bandas juega un papel crucial en el filtrado de fermiones por quiralidad en distintos estados polarizados por el número de Chern, que son esenciales para el proceso de separación.

El equipo observó la interferencia cuántica de estas corrientes quirales separadas, lo que confirmó aún más la eficacia de su método. Esta observación se realizó en ausencia de cualquier campo magnético, lo que destaca el potencial para crear dispositivos electrónicos más eficientes y menos intensivos en energía.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a varios campos, incluyendo la espintrónica y la computación cuántica. La capacidad de controlar y manipular las corrientes quirales podría conducir al desarrollo de nuevos tipos de dispositivos electrónicos con funcionalidades mejoradas. Las investigaciones futuras se centrarán en la optimización del diseño del dispositivo y en la exploración de otros materiales topológicos para mejorar la eficiencia de la separación y ampliar la gama de aplicaciones.