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 de chiralités opposées sans nécessiter de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les membres sont affiliés à plusieurs institutions, a démontré ce phénomène en utilisant des dispositifs fabriqués à partir de gallium de palladium monocristallin (PdGa) dans une géométrie à trois bras. Ils ont observé que la géométrie quantique des bandes électroniques du matériau induisait des vitesses anormales dans les fermions chiraux, conduisant 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.

"Il s'agit d'une toute nouvelle façon de manipuler les électrons", a déclaré [Lead Researcher Name], [Researcher Title] à [Institution Name]. "En exploitant la géométrie quantique intrinsèque du matériau, nous pouvons filtrer les électrons en fonction de leur chiralité, ouvrant ainsi des possibilités pour de nouveaux types de dispositifs électroniques."

Les semi-métaux topologiques, la classe de matériaux utilisée dans l'étude, hébergent des fermions de chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Traditionnellement, la manipulation du transport fermionique chiral nécessitait de forts champs magnétiques ou un dopage magnétique pour supprimer le transport indésirable et créer un déséquilibre dans l'occupation des états avec des nombres de Chern opposés. La nouvelle méthode contourne cette exigence en utilisant la géométrie quantique des bandes topologiques pour filtrer les fermions par chiralité dans des états distincts polarisés par le nombre de Chern.

L'importance de cette recherche réside dans son potentiel à créer des dispositifs électroniques plus efficaces et plus compacts. La séparation spatiale des courants chiraux pourrait conduire au développement de nouveaux types de capteurs, de dispositifs spintroniques et de composants d'informatique quantique. De plus, l'absence de besoin de champs magnétiques simplifie la fabrication des dispositifs et réduit la consommation d'énergie.

Les résultats de l'équipe s'appuient sur des recherches antérieures sur les vitesses anormales dans les matériaux topologiques. Ces vitesses, induites par la géométrie quantique des bandes électroniques, amènent les électrons à se déplacer dans des directions inattendues lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique. En concevant soigneusement la géométrie du dispositif et la composition du matériau, les chercheurs ont pu exploiter ces vitesses anormales pour séparer les courants chiraux.

La cohérence de phase mésoscopique de ces courants chiraux dans les états de nombre de Chern opposés porte également des aimantations orbitales avec des signes opposés. Cela ajoute une autre couche de complexité et de fonctionnalité potentielle au système.

Les recherches futures se concentreront sur l'exploration d'autres matériaux présentant des propriétés géométriques quantiques similaires et sur l'optimisation des conceptions de dispositifs pour des applications spécifiques. L'équipe prévoit également d'étudier le potentiel d'utilisation de cette technologie pour créer de nouveaux types de capteurs quantiques et de dispositifs informatiques.