Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour séparer les électrons en fonction de leur chiralité, une propriété liée à la direction de leur spin, en utilisant la géométrie quantique des bandes topologiques dans un matériau non magnétique. Cette avancée, détaillée dans une récente publication de Nature, permet la séparation spatiale des courants avec des chiralités fermioniques opposées et leur interférence quantique subséquente, le tout sans avoir besoin de champs magnétiques ou de dopants magnétiques, qui sont généralement nécessaires pour de telles manipulations.

L'équipe de recherche, dont les membres sont affiliés à plusieurs institutions, a démontré ce phénomène en utilisant des dispositifs fabriqués à partir de PdGa monocristallin, façonnés en une géométrie à trois bras. La conception unique exploite les vitesses anormales des fermions chiraux induites par la géométrie quantique, ce qui entraîne un effet Hall non linéaire. Cet effet provoque 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 contrôler le flux d'électrons », a déclaré [Nom du chercheur principal], [Titre du chercheur] à [Université/Institution]. « En utilisant les propriétés quantiques inhérentes au matériau, nous pouvons manipuler les électrons d'une manière qui n'était auparavant possible qu'avec de forts champs magnétiques. »

L'importance de cette découverte réside dans son potentiel à révolutionner les dispositifs électroniques et spintroniques. Les méthodes actuelles de manipulation des fermions chiraux reposent souvent sur des champs magnétiques élevés, qui sont énergivores et peuvent limiter la miniaturisation des dispositifs. La nouvelle méthode offre une alternative plus efficace et évolutive.

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 ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques. L'innovation de l'équipe réside dans sa capacité à exploiter la géométrie quantique de ces matériaux pour filtrer les fermions par chiralité dans des états distincts polarisés par le nombre de Chern. Le nombre de Chern est un invariant topologique qui caractérise la structure de bande électronique.

Les courants chiraux spatialement séparés transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés, ajoutant une autre couche de contrôle et d'applications potentielles. L'équipe a observé la cohérence de phase mésoscopique de ces courants chiraux, confirmant davantage l'efficacité de sa méthode.

« La capacité de séparer et de contrôler les courants chiraux sans champs magnétiques ouvre des possibilités intéressantes pour de nouveaux types de dispositifs électroniques », a expliqué [Nom du co-auteur], [Titre du co-auteur] à [Université/Institution]. « Nous envisageons des applications dans des domaines tels que l'informatique quantique, la spintronique et les capteurs. »

Les chercheurs travaillent actuellement à l'optimisation de la conception du dispositif et à l'exploration d'autres matériaux dotés de propriétés géométriques quantiques similaires. Ils pensent que cette approche peut être étendue à d'autres matériaux topologiques, ouvrant la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques basés sur la géométrie quantique. Les prochaines étapes consistent à approfondir l'étude des propriétés des matériaux et à optimiser les dispositifs afin d'améliorer les performances et d'explorer les applications potentielles.