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 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, un requisito común en enfoques anteriores.

El equipo logró esto fabricando dispositivos de PdGa monocristalino en una geometría de tres brazos. La disposición específica aprovecha las velocidades anómalas de los fermiones quirales inducidas por la geometría cuántica, lo que resulta en un efecto Hall no lineal. Este efecto separa espacialmente las corrientes quirales transversales con velocidades anómalas opuestas en los brazos exteriores del dispositivo. Estas corrientes quirales, que existen en estados de número de Chern opuestos, también transportan magnetizaciones orbitales con signos opuestos.

"Esta es una forma completamente nueva de controlar el flujo de electrones", dijo [Lead Researcher Name], [Researcher Title] en [Institution Name]. "Al utilizar las propiedades cuánticas intrínsecas del material, podemos filtrar los electrones según su quiralidad y dirigirlos a diferentes ubicaciones".

La importancia de esta investigación radica en su potencial para revolucionar los dispositivos electrónicos y espintrónicos. Los métodos tradicionales para manipular fermiones quirales a menudo se basan en fuertes campos magnéticos o dopantes magnéticos, que pueden consumir mucha energía e introducir efectos no deseados. Este nuevo enfoque ofrece una forma más eficiente y precisa de controlar el flujo de electrones, lo que podría conducir a dispositivos más pequeños, rápidos y energéticamente eficientes.

Los semimetales topológicos, la clase de materiales utilizados en este experimento, albergan fermiones con quiralidades opuestas en cruces de bandas topológicas. Estos materiales han atraído una atención significativa en los últimos años debido a sus propiedades electrónicas únicas y su potencial para aplicaciones tecnológicas. La geometría cuántica de estos materiales, un concepto que describe la forma y la curvatura de las funciones de onda electrónicas, juega un papel crucial en el efecto observado.

El equipo observó patrones de interferencia cuántica, confirmando la separación en el espacio real de corrientes con quiralidades fermiónicas opuestas. Esta observación proporciona evidencia directa de la efectividad de su método.

"La capacidad de separar corrientes quirales sin campos magnéticos abre posibilidades interesantes para nuevos tipos de dispositivos electrónicos", explicó [Co-author Name], [Co-author Title] en [Co-author Institution]. "Prevemos aplicaciones en áreas como la computación cuántica, la espintrónica y los sensores".

Los investigadores están trabajando actualmente en la optimización del diseño del dispositivo y en la exploración de otros materiales con propiedades topológicas similares. Creen que este enfoque se puede extender a otros materiales topológicos, allanando el camino para una nueva generación de dispositivos electrónicos quirales. La investigación futura se centrará en comprender las limitaciones de este método y explorar su potencial para la integración en las tecnologías electrónicas existentes.