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 recours à des champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les affiliations n'étaient pas immédiatement disponibles, a réalisé cette prouesse en fabriquant des dispositifs à partir de PdGa monocristallin dans une géométrie à trois bras. Ce matériau et cette configuration spécifiques exploitent les vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux, 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 principal de l'étude. « 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. »

L'importance de cette recherche réside dans son écart par rapport aux méthodes traditionnelles de séparation chirale, qui reposent souvent sur des champs magnétiques puissants ou des dopants magnétiques. Ces méthodes peuvent être énergivores et introduire des complexités indésirables dans les systèmes électroniques. La nouvelle approche offre une alternative plus efficace et potentiellement plus évolutive.

Les matériaux topologiques, comme le PdGa, possèdent des propriétés électroniques uniques découlant de leur structure de bandes. Ces matériaux hébergent des fermions chiraux aux croisements de bandes topologiques, ce qui signifie que les électrons se comportent comme s'ils avaient une « chiralité » définie. La géométrie quantique de ces bandes joue un rôle crucial dans l'influence du mouvement de ces fermions chiraux.

Les courants chiraux séparés transportent également des aimantations orbitales de signes opposés, ce qui ouvre des possibilités pour les dispositifs spintroniques, qui utilisent le spin des électrons pour le traitement et le stockage de l'information. Cela pourrait conduire au développement de dispositifs électroniques plus rapides et plus économes en énergie.

Bien que la recherche n'en soit qu'à ses débuts, les implications sont considérables. La capacité de contrôler et de manipuler les courants chiraux sans champs magnétiques pourrait conduire à des avancées dans divers domaines, notamment l'informatique quantique, les capteurs et d'autres applications électroniques. L'équipe travaille actuellement à explorer d'autres matériaux et géométries de dispositifs afin d'optimiser davantage le processus de séparation chirale et d'explorer les applications potentielles.