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 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 PdGa monocristallin dans une géométrie à trois bras. Cette géométrie spécifique exploite les vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux, ce qui entraîne un effet Hall non linéaire. Les courants chiraux transversaux résultants, possédant des vitesses anormales opposées, sont ensuite séparés spatialement dans les bras extérieurs du dispositif.

« Cette recherche démontre la possibilité de manipuler les électrons en fonction de leurs propriétés quantiques intrinsèques, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour les dispositifs électroniques avancés », indique une déclaration incluse dans le résumé.

L'importance de cette recherche réside dans son écart par rapport aux méthodes traditionnelles de séparation chirale, qui reposent souvent sur des champs magnétiques forts ou des dopants magnétiques. Ces méthodes peuvent être limitatives en raison de leur consommation d'énergie et de leur interférence potentielle avec les performances du dispositif. La nouvelle approche, utilisant la géométrie quantique, offre un moyen plus économe en énergie et potentiellement plus précis de contrôler le flux d'électrons.

Les semi-métaux topologiques, les matériaux utilisés dans cette expérience, sont caractérisés par des structures de bandes électroniques uniques présentant des points où les bandes se croisent. Ces croisements hébergent des fermions avec des chiralités opposées. La géométrie quantique de ces bandes joue un rôle crucial dans le filtrage des fermions par chiralité en états distincts polarisés par le nombre de Chern, qui sont essentiels au processus de séparation.

L'équipe a observé l'interférence quantique de ces courants chiraux séparés, confirmant ainsi l'efficacité de leur méthode. Cette observation a été faite en l'absence de tout champ magnétique, soulignant le potentiel de création de dispositifs électroniques plus efficaces et moins énergivores.

Les implications de cette recherche s'étendent à divers domaines, notamment la spintronique et l'informatique quantique. La capacité de contrôler et de manipuler les courants chiraux pourrait conduire au développement de nouveaux types de dispositifs électroniques dotés de fonctionnalités améliorées. D'autres recherches se concentreront sur l'optimisation de la conception des dispositifs et sur l'exploration d'autres matériaux topologiques afin d'améliorer l'efficacité de la séparation et d'élargir la gamme d'applications.