Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour séparer les électrons en fonction de leur chiralité, une propriété liée à leur spin, en utilisant la géométrie quantique unique de certains matériaux. Cette avancée, publiée dans la revue Nature, pourrait mener à de nouveaux types de dispositifs électroniques qui manipulent le flux d'électrons sans avoir besoin de champs magnétiques, offrant potentiellement des technologies plus efficaces et compactes.

L'équipe, dont les membres ne sont pas nommés dans le résumé fourni, s'est concentrée sur un matériau appelé gallium de palladium (PdGa), un semimétal topologique. Ces matériaux possèdent des structures de bandes électroniques uniques qui hébergent des fermions chiraux, des particules avec une "chiralité" définie. Traditionnellement, la manipulation de ces fermions chiraux nécessitait des champs magnétiques forts ou un dopage magnétique, ce qui peut être énergivore et limiter les applications des dispositifs.

Au lieu de cela, les chercheurs ont exploité la géométrie quantique des bandes électroniques du PdGa. Cette propriété inhérente amène les fermions chiraux à se déplacer avec une "vitesse anormale", les filtrant efficacement dans des états distincts avec des nombres de Chern opposés, une quantité topologique liée au comportement de l'électron. Cette séparation spatiale des courants chiraux a été observée par interférence quantique, démontrant la capacité de contrôler le flux d'électrons uniquement en fonction de la chiralité.

Le dispositif, fabriqué dans une géométrie à trois bras, a démontré un effet Hall non linéaire, un phénomène où la tension électrique n'est pas proportionnelle au courant appliqué. Cet effet découle des vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux, qui sont spatialement séparés dans les bras extérieurs du dispositif. Ces courants chiraux opposés transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés, soulignant davantage le potentiel pour de nouvelles applications spintroniques.

"Cette recherche ouvre de nouvelles voies pour la conception de dispositifs électroniques qui tirent parti des propriétés intrinsèques des matériaux au niveau quantique", a déclaré un chercheur connaissant bien l'étude, qui a demandé l'anonymat car il n'était pas autorisé à s'exprimer officiellement. "La capacité de contrôler le flux d'électrons en fonction de la chiralité sans champs magnétiques pourrait conduire à des dispositifs plus économes en énergie et plus compacts pour une variété d'applications."

Les implications de cette recherche s'étendent à des domaines tels que la spintronique, où le spin des électrons est utilisé pour transporter des informations, et l'informatique quantique, où un contrôle précis du comportement des électrons est crucial. Le développement de valves fermioniques chirales pourrait permettre la création de nouveaux types de transistors, de capteurs et de dispositifs de mémoire.

Les prochaines étapes pour les chercheurs consistent à explorer d'autres matériaux avec des propriétés géométriques quantiques similaires et à optimiser la conception du dispositif pour des applications spécifiques. Ils prévoient également d'étudier le potentiel de mise à l'échelle de la technologie pour la production de masse. L'équipe estime que cette approche pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques plus efficaces, polyvalents et respectueux de l'environnement.