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 des matériaux topologiques. Cette avancée, détaillée dans une récente publication de Nature, permet la séparation spatiale des courants avec des chiralités fermioniques opposées sans avoir besoin de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les travaux sont axés sur le semimétal topologique multiple PdGa, a démontré que la géométrie quantique du matériau peut être exploitée pour filtrer les fermions, particules élémentaires telles que les électrons, en états distincts polarisés par le nombre de Chern. Le nombre de Chern est un invariant topologique qui caractérise la structure de bande d'un matériau. Ce processus de filtrage conduit à la séparation en espace réel des courants avec des chiralités fermioniques opposées, un phénomène observé par interférence quantique.

« Cette recherche ouvre de nouvelles voies pour la conception de dispositifs électroniques qui exploitent les propriétés intrinsèques des matériaux quantiques », a déclaré [Nom du chercheur principal], [Titre du chercheur] à [Institution]. « En manipulant la géométrie quantique de ces matériaux, nous pouvons contrôler le flux d'électrons d'une manière sans précédent. »

Les méthodes traditionnelles de manipulation du transport fermionique chiral reposent souvent sur des champs magnétiques forts ou des dopants magnétiques, ce qui peut être peu pratique et introduire des complexités indésirables. La nouvelle approche contourne ces limitations en utilisant la géométrie quantique inhérente du matériau.

Les chercheurs ont fabriqué des dispositifs à partir de PdGa monocristallin dans une géométrie à trois bras. Ils ont observé que la géométrie quantique induisait des vitesses anormales dans les fermions chiraux, ce qui entraînait un effet Hall non linéaire. Cet effet séparait spatialement les courants chiraux transversaux avec des vitesses anormales opposées dans les bras extérieurs du dispositif. Ces courants chiraux, existant dans des états de nombre de Chern opposés, présentent également des aimantations orbitales avec des signes opposés.

Les implications de cette recherche sont importantes pour le développement de dispositifs électroniques et spintroniques avancés. En permettant le contrôle et la manipulation précis des courants chiraux, la nouvelle méthode pourrait conduire à des composants électroniques plus efficaces et plus économes en énergie. De plus, la capacité de séparer les courants chiraux sans champs magnétiques ouvre des possibilités de création de dispositifs moins sensibles aux interférences externes.

« La capacité de contrôler le flux d'électrons en fonction de la chiralité est un grand pas en avant », a commenté [Nom de l'expert], [Titre de l'expert] à [Autre institution], qui n'a pas participé à l'étude. « Cette recherche pourrait ouvrir la voie à de nouveaux types de dispositifs quantiques avec des fonctionnalités améliorées. »

L'équipe de recherche prévoit d'étudier plus avant le potentiel de la géométrie quantique dans d'autres matériaux topologiques et d'explorer ses applications dans divers dispositifs électroniques. Ils travaillent également à l'augmentation de l'échelle du processus de fabrication afin de rendre la technologie plus accessible aux applications industrielles.