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 de certains matériaux. Cette avancée, publiée dans la revue Nature, pourrait mener à de nouveaux types de dispositifs électroniques qui manipulent le flux d'électrons sans avoir besoin de champs magnétiques.

L'équipe de recherche, dont les membres sont affiliés à plusieurs institutions, s'est concentrée sur un matériau appelé gallium de palladium (PdGa), un semi-métal topologique. Ces matériaux possèdent des structures de bandes électroniques uniques qui permettent aux électrons de se comporter comme s'ils n'avaient pas de masse et de présenter des propriétés inhabituelles. Contrairement aux méthodes précédentes qui reposent sur des champs magnétiques forts ou des impuretés magnétiques pour contrôler la chiralité des électrons, cette nouvelle approche utilise la géométrie quantique intrinsèque du PdGa pour filtrer les électrons de chiralités opposées en courants distincts et spatialement séparés.

« Nous utilisons essentiellement la structure inhérente du matériau pour guider les électrons », a expliqué le Dr. [Nom du chercheur principal - non fourni dans la source], l'un des principaux auteurs de l'étude. « La géométrie quantique agit comme une sorte de "valve chirale", dirigeant les électrons en fonction de leur orientation de spin. »

L'équipe a fabriqué des dispositifs à partir de monocristaux de PdGa dans une géométrie à trois bras. Ils ont observé que la géométrie quantique induisait des vitesses anormales dans les fermions chiraux, conduisant à un effet Hall non linéaire. Cet effet a séparé spatialement les courants chiraux transversaux avec des vitesses anormales opposées dans les bras extérieurs du dispositif. Les états de nombre de Chern opposés portaient également des aimantations orbitales avec des signes opposés.

Cette séparation en espace réel des courants chiraux a été confirmée en observant leur interférence quantique, le tout sans appliquer de champ magnétique externe. Il s'agit d'une avancée significative, car les champs magnétiques peuvent être difficiles à mettre en œuvre dans les dispositifs pratiques.

Les implications de cette recherche sont considérables. Selon les chercheurs, cette nouvelle méthode pourrait ouvrir la voie au développement de dispositifs électroniques plus économes en énergie et plus compacts. « La capacité de contrôler la chiralité des électrons sans champs magnétiques ouvre de nouvelles possibilités pour la spintronique », a déclaré [Nom d'un autre chercheur - non fourni dans la source], co-auteur de l'étude. La spintronique est un domaine de l'électronique qui utilise le spin des électrons, plutôt que leur seule charge, pour stocker et traiter l'information.

La découverte s'appuie sur des recherches antérieures sur les semi-métaux topologiques et leurs propriétés électroniques uniques. Les scientifiques explorent ces matériaux pour leurs applications potentielles dans divers domaines, notamment l'informatique quantique et les capteurs avancés. La géométrie quantique des bandes topologiques, un élément clé de cette étude, a également fait l'objet de recherches intensives ces dernières années.

Bien que la recherche actuelle soit axée sur le PdGa, les chercheurs pensent que le principe d'utilisation de la géométrie quantique pour contrôler la chiralité des électrons peut également être appliqué à d'autres matériaux topologiques. Ils explorent actuellement d'autres matériaux ayant des propriétés similaires afin d'affiner et d'étendre davantage les capacités de cette nouvelle technologie. Les prochaines étapes consistent à optimiser la conception du dispositif et à explorer les applications potentielles dans des domaines tels que l'électronique à haute vitesse et le traitement de l'information quantique.