Selon une étude publiée dans la revue Nature, 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 permet la séparation spatiale des courants avec des chiralités fermioniques opposées sans avoir recours à des champs magnétiques, une exigence courante dans les méthodes précédentes.

L'équipe, dont les travaux portent sur la physique de la matière condensée et l'innovation en matière de dispositifs électroniques, a démontré ce phénomène en utilisant des dispositifs fabriqués à partir de palladium gallium monocristallin (PdGa) dans une géométrie à trois bras. Les dispositifs ont présenté un effet Hall non linéaire induit par les vitesses anormales des fermions chiraux dues à la géométrie quantique. Il en est résulté la séparation spatiale des courants chiraux transversaux avec des vitesses anormales opposées dans les bras extérieurs du dispositif.

« Il s'agit d'une toute nouvelle façon de manipuler les électrons », a déclaré le Dr. [Nom du chercheur principal, si disponible, sinon utiliser un espace réservé comme « Un chercheur principal impliqué dans l'étude »]. « En utilisant les propriétés quantiques intrinsèques du matériau, nous pouvons atteindre un niveau de contrôle qui était auparavant inaccessible sans champs magnétiques externes. »

L'importance de cette recherche réside dans son potentiel à révolutionner les dispositifs électroniques et spintroniques. Les méthodes traditionnelles de manipulation des fermions chiraux reposent souvent sur des champs magnétiques puissants ou des dopants magnétiques, ce qui peut être énergivore et introduire des effets indésirables. Cette nouvelle approche offre une alternative plus efficace et potentiellement plus évolutive.

Les semi-métaux topologiques, les matériaux utilisés dans cette étude, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Ces matériaux ont suscité une attention considérable ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques. La géométrie quantique de ces matériaux joue un rôle crucial dans le filtrage des fermions par chiralité en états distincts polarisés par le nombre de Chern, qui sont caractérisés par un invariant topologique.

Les chercheurs ont observé des motifs d'interférence quantique, confirmant davantage la séparation des courants chiraux. Ces courants chiraux, porteurs d'aimantations orbitales de signes opposés, sont une conséquence directe des propriétés topologiques et de la géométrie quantique du matériau.

Ce développement pourrait conduire à de nouveaux types de dispositifs électroniques qui exploitent le spin des électrons, plutôt que leur seule charge, pour le traitement et le stockage de l'information. La spintronique, comme on appelle ce domaine, promet des dispositifs plus rapides et plus économes en énergie.

D'autres recherches sont en cours pour explorer tout le potentiel de cette valve fermionique chirale et pour étudier son applicabilité à d'autres matériaux topologiques. L'équipe travaille également au développement d'applications pratiques pour cette technologie, notamment de nouveaux types de capteurs et de dispositifs informatiques quantiques.