Según un nuevo estudio publicado en la revista Nature, 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 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 de investigación, cuyos miembros no fueron nombrados en el resumen proporcionado, fabricó dispositivos de galio de paladio monocristalino (PdGa) en una geometría de tres brazos. Estos dispositivos exhibieron un efecto Hall no lineal, lo que demuestra las velocidades anómalas inducidas por la geometría cuántica de los fermiones quirales. Las corrientes quirales transversales resultantes, que poseen velocidades anómalas opuestas, se separaron espacialmente en los brazos exteriores del dispositivo.

"Esta es una forma completamente nueva de manipular electrones", dijo un investigador principal, según el resumen del estudio, aunque no se identificó al investigador específico. "Al utilizar la geometría cuántica del material, podemos filtrar los electrones por su quiralidad y dirigirlos a diferentes ubicaciones".

Los semimetales topológicos, los materiales utilizados en este estudio, 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 suprimir el transporte no deseado y crear un desequilibrio en la ocupación de estados con números de Chern opuestos. Este nuevo método evita estos requisitos al utilizar la geometría cuántica inherente de las bandas topológicas.

La separación espacial de las corrientes quirales también conduce a la separación de las magnetizaciones orbitales con signos opuestos, lo que abre posibilidades para nuevos dispositivos espintrónicos. La espintrónica aprovecha el espín de los electrones, además de su carga, para crear componentes electrónicos más eficientes y versátiles.

El equipo observó la interferencia cuántica de las corrientes quirales separadas, lo que confirma aún más la eficacia de su método. La ausencia de un campo magnético en este proceso es una ventaja significativa, ya que los campos magnéticos pueden ser engorrosos y requerir mucha energía para generarlos y mantenerlos.

Las implicaciones de esta investigación se extienden a varios campos, incluida la computación cuántica y las tecnologías de sensores avanzados. Al controlar el flujo de electrones quirales, los investigadores pueden crear dispositivos cuánticos más eficientes y robustos.

Se planea realizar más investigaciones para explorar todo el potencial de esta válvula fermiónica quiral e investigar su aplicabilidad a otros materiales topológicos. El equipo cree que este descubrimiento podría allanar el camino para una nueva generación de dispositivos electrónicos que exploten las propiedades únicas de los fermiones quirales.