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, ouvre la voie à de nouveaux dispositifs électroniques qui manipulent le flux d'électrons sans avoir besoin de champs magnétiques, ce qui pourrait conduire à des technologies plus efficaces et plus compactes.

L'équipe, dont les membres ne sont pas nommés dans la source fournie, a démontré cet effet en utilisant un dispositif à trois bras fabriqué à partir de palladium gallium monocristallin (PdGa). Ce matériau est un semi-métal topologique, ce qui signifie qu'il possède des propriétés électroniques uniques découlant de sa structure de bande. Ces matériaux hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Contrairement aux méthodes précédentes qui reposent sur des champs magnétiques forts ou le dopage magnétique pour contrôler le flux d'électrons, cette nouvelle approche utilise la géométrie quantique intrinsèque du matériau pour filtrer les électrons par chiralité dans des états distincts.

Selon l'étude, la géométrie quantique induit des vitesses anormales dans les fermions chiraux, ce qui conduit à un effet Hall non linéaire. Cet effet sépare 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, transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés. La cohérence de phase mésoscopique de ces courants a également été observée.

L'importance de cette recherche réside dans son potentiel à surmonter les limitations des dispositifs spintroniques existants. La spintronique, qui utilise le spin des électrons plutôt que leur charge, offre des avantages tels qu'une consommation d'énergie plus faible et des vitesses de traitement des données plus élevées. Cependant, de nombreux dispositifs spintroniques nécessitent des champs magnétiques pour manipuler le spin des électrons, ce qui peut être encombrant et énergivore. Cette nouvelle méthode offre un moyen de contrôler la chiralité des électrons sans champs magnétiques, ce qui pourrait conduire à des dispositifs spintroniques plus petits et plus économes en énergie.

Les chercheurs estiment que cette découverte pourrait avoir un impact significatif sur le développement des futures technologies électroniques. En exploitant la géométrie quantique des matériaux topologiques, il pourrait être possible de créer de nouveaux types de composants électroniques, tels que des filtres chiraux et des transistors à base de spin, qui sont plus efficaces et plus polyvalents que les dispositifs actuels. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour explorer tout le potentiel de cette technologie et pour développer des applications pratiques.