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 des bandes topologiques dans un matériau non magnétique. Cette découverte, détaillée dans un récent article de Nature, ouvre la voie à de nouveaux dispositifs électroniques qui manipulent le flux d'électrons sans avoir besoin de champs magnétiques, une exigence courante en spintronique.

L'équipe, dont les membres ne sont pas nommés dans le matériel source fourni, a réalisé cette séparation dans des dispositifs fabriqués à partir de gallium de palladium monocristallin (PdGa) configurés dans une géométrie à trois bras. Cet arrangement spécifique a permis l'observation de vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux, conduisant à un effet Hall non linéaire. Les courants chiraux transversaux résultants, possédant des vitesses anormales opposées, ont été spatialement séparés dans les bras extérieurs du dispositif.

Cette séparation en espace réel des courants avec des chiralités fermioniques opposées a été démontrée en observant leur interférence quantique, un phénomène qui met en évidence la nature ondulatoire des électrons, sans l'influence d'un champ magnétique externe. Il s'agit d'un écart important par rapport aux méthodes traditionnelles qui reposent sur des champs magnétiques ou des dopants magnétiques pour contrôler le transport chiral dans les systèmes topologiques.

Les semi-métaux topologiques, la classe de matériaux utilisée dans cette recherche, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Ces matériaux ont suscité une attention considérable dans la physique de la matière condensée en raison de leurs propriétés électroniques uniques. La capacité de manipuler ces propriétés grâce à la géométrie quantique ouvre de nouvelles voies pour la conception de dispositifs électroniques et spintroniques.

L'importance de cette recherche réside dans le potentiel de créer des dispositifs électroniques plus économes en énergie et plus compacts. Les dispositifs spintroniques actuels nécessitent souvent des champs magnétiques forts, qui consomment de l'énergie et peuvent être difficiles à miniaturiser. En utilisant la géométrie quantique intrinsèque de matériaux comme le PdGa, les chercheurs peuvent potentiellement surmonter ces limitations.

La recherche met également en évidence le lien entre la chiralité, l'aimantation orbitale et le nombre de Chern. Les courants chiraux dans les états de nombre de Chern opposés, qui sont des invariants topologiques caractérisant la structure de bande électronique, transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés. Cette interaction entre différentes propriétés quantiques pourrait conduire à d'autres découvertes et applications dans le domaine des matériaux topologiques.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer le plein potentiel de cette technologie et pour identifier d'autres matériaux qui présentent une séparation chirale similaire induite par la géométrie quantique. Les conclusions de l'équipe représentent une avancée significative dans le développement de nouveaux dispositifs électroniques basés sur les principes de la mécanique quantique et de la science des matériaux.