Investigadores han desarrollado un método novedoso para separar electrones basándose en su quiralidad, una propiedad relacionada con su espín, sin el uso de campos magnéticos. El descubrimiento, detallado en una publicación reciente de Nature, utiliza la geometría cuántica de las bandas topológicas en un material llamado paladio galio (PdGa) para filtrar fermiones, un tipo de partícula que incluye electrones, en distintos estados polarizados por su número de Chern, una cantidad topológica.

Este avance permite la separación espacial de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas, demostrado a través de la observación de su interferencia cuántica. El equipo fabricó dispositivos a partir de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos, observando que la geometría cuántica inducía velocidades anómalas en los fermiones quirales, lo que conducía a un efecto Hall no lineal. 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 controlar el flujo de electrones", dijo [Nombre del Investigador Principal], autor principal del estudio y profesor de [Departamento] en [Universidad]. "En lugar de utilizar campos magnéticos, estamos explotando las propiedades cuánticas intrínsecas del propio material".

La importancia de esta investigación radica en su potencial para revolucionar los dispositivos electrónicos. Los sistemas electrónicos actuales a menudo dependen de campos magnéticos o dopantes magnéticos para manipular el flujo de electrones, lo que puede consumir mucha energía y limitar la miniaturización de los dispositivos. Este nuevo enfoque, sin embargo, ofrece una alternativa más eficiente y compacta.

Los semimetales topológicos, como el PdGa, son materiales con propiedades electrónicas únicas que surgen de su estructura de bandas. Estos materiales albergan fermiones con quiralidades opuestas en los cruces de bandas topológicas. La geometría cuántica de estas bandas juega un papel crucial en el fenómeno observado, influyendo en el movimiento de los electrones de una manera que permite la separación basada en la quiralidad.

Los hallazgos del equipo también revelaron que estas corrientes quirales en estados de número de Chern opuestos conllevan magnetizaciones orbitales con signos opuestos. Esto abre posibilidades para desarrollar nuevos dispositivos espintrónicos, que utilizan el espín de los electrones para almacenar y procesar información.

"La capacidad de separar y controlar las corrientes quirales sin campos magnéticos podría conducir a dispositivos electrónicos más rápidos y energéticamente eficientes", explicó [Nombre del Coautor], un investigador involucrado en el proyecto. "Esto podría tener un impacto significativo en diversas tecnologías, desde la informática hasta los sensores".

Los investigadores ahora se están centrando en explorar otros materiales con propiedades topológicas similares y en optimizar el diseño del dispositivo para aplicaciones prácticas. Creen que este nuevo enfoque para la manipulación de fermiones quirales podría allanar el camino para una nueva generación de tecnologías electrónicas y espintrónicas. Se necesita más investigación para comprender completamente el potencial de este descubrimiento y traducirlo en aplicaciones del mundo real.