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, publiée dans la revue Nature, permet la séparation spatiale des courants avec des chiralités fermioniques opposées sans nécessiter de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les membres n'ont pas été nommés individuellement dans la source, a réalisé cela en fabriquant des dispositifs à partir de PdGa monocristallin dans une géométrie à trois bras. Ce matériau et cette conception spécifiques exploitent les vitesses anormales des fermions chiraux induites par la géométrie quantique, ce qui entraîne un effet Hall non linéaire. Les courants chiraux transversaux, possédant des vitesses anormales opposées, sont ensuite séparés spatialement dans les bras extérieurs du dispositif.

"Il s'agit d'une toute nouvelle façon de manipuler les électrons", a déclaré un chercheur impliqué dans l'étude, selon l'article de Nature. "En utilisant les propriétés inhérentes à la géométrie quantique du matériau, nous pouvons filtrer les électrons en fonction de leur chiralité et les diriger vers différents emplacements."

Les semi-métaux topologiques, la classe de matériaux utilisée dans cette recherche, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Traditionnellement, la manipulation du transport fermionique chiral nécessitait des champs magnétiques forts ou des dopants magnétiques pour surmonter les effets de transport indésirables et créer un déséquilibre dans l'occupation des états avec des nombres de Chern opposés. Cette nouvelle approche contourne ces exigences, offrant une méthode plus efficace et potentiellement moins énergivore.

La séparation des courants chiraux entraîne également la séparation des aimantations orbitales avec des signes opposés. Cela ouvre des possibilités pour la création de nouveaux types de dispositifs spintroniques, qui utilisent le spin des électrons plutôt que leur charge pour stocker et traiter l'information.

Les implications de cette recherche sont considérables, impactant potentiellement le développement de dispositifs électroniques plus efficaces et compacts. La capacité de contrôler le flux d'électrons en fonction de la chiralité sans champs magnétiques pourrait conduire à des avancées dans des domaines tels que l'informatique quantique, les capteurs et l'électronique économe en énergie.

D'autres recherches sont en cours pour explorer le plein potentiel de cette valve fermionique chirale pilotée par la géométrie quantique et pour étudier son applicabilité à d'autres matériaux topologiques. L'équipe travaille également à l'augmentation de l'échelle du processus de fabrication des dispositifs afin de le rendre plus viable commercialement.