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 avoir besoin de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les membres ne sont pas nommés dans le résumé fourni, a réalisé cela en fabriquant des dispositifs à partir de palladium gallium monocristallin (PdGa) dans une géométrie à trois bras. Cette configuration spécifique exploite les vitesses anormales des fermions chiraux induites par la géométrie quantique, ce qui entraîne un effet Hall non linéaire. Les courants chiraux transversaux résultants, possédant des vitesses anormales opposées, sont spatialement séparés dans les bras extérieurs du dispositif.

"Il s'agit d'une toute nouvelle façon de manipuler les électrons", a déclaré un chercheur principal, selon le résumé. "En utilisant les propriétés quantiques intrinsèques du matériau, nous pouvons filtrer les électrons en fonction de leur chiralité et créer des courants séparés."

Les semi-métaux topologiques, les matériaux utilisés dans cette expérience, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Traditionnellement, la manipulation du transport fermionique chiral nécessitait de forts champs magnétiques ou des dopants magnétiques pour supprimer le transport indésirable et créer un déséquilibre dans l'occupation des états de nombre de Chern opposés. Cette 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 ses applications potentielles pour le développement de nouveaux types de dispositifs électroniques et spintroniques. La capacité de séparer les courants chiraux sans champs magnétiques pourrait conduire à des dispositifs plus compacts et plus économes en énergie. De plus, les courants chiraux séparés transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés, ce qui ouvre des possibilités pour de nouvelles technologies de stockage et de détection magnétiques.

L'équipe prévoit d'approfondir l'étude des propriétés de ces courants chiraux et d'explorer d'autres matériaux qui présentent des effets géométriques quantiques similaires. Elle pense que cette recherche ouvrira la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques basés sur les propriétés fondamentales des matériaux quantiques.