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 des bandes topologiques dans un matériau non magnétique. Cette avancée, détaillée dans une récente publication de Nature, ouvre la voie à de nouveaux dispositifs électroniques qui manipulent le flux d'électrons sans avoir besoin de champs magnétiques, qui sont généralement nécessaires pour un tel contrôle.

L'équipe, dont les membres ne sont pas nommés dans le résumé fourni, a fabriqué des dispositifs à partir de palladium gallium monocristallin (PdGa) dans une géométrie à trois bras. Ces dispositifs ont présenté un effet Hall non linéaire, un phénomène où le courant électrique n'est pas proportionnel à la tension appliquée, en raison des vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux. Cela a entraîné la séparation spatiale des courants chiraux transversaux avec des vitesses anormales opposées dans les bras extérieurs du dispositif.

"Cela permet la séparation en espace réel des courants avec des chiralités fermioniques opposées", ont écrit les auteurs de l'étude, "ce que nous avons démontré en observant leur interférence quantique en l'absence de tout champ magnétique."

Les semi-métaux topologiques, les matériaux utilisés dans cette recherche, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Traditionnellement, le contrôle du transport fermionique chiral dans ces systèmes nécessitait des champs magnétiques forts ou des dopants magnétiques pour supprimer le transport indésirable et créer un déséquilibre dans l'occupation des états avec différents nombres de Chern, une propriété topologique liée à la phase mécanique quantique de l'électron. Cette nouvelle approche utilise la géométrie quantique des bandes topologiques pour filtrer les fermions par chiralité dans des états distincts polarisés par le nombre de Chern, offrant une méthode plus efficace et potentiellement moins énergivore.

Les implications de cette recherche s'étendent au développement de dispositifs électroniques et spintroniques avancés. En séparant les électrons en fonction de leur chiralité sans champs magnétiques, il devient possible de créer de nouveaux types de capteurs, de commutateurs et d'autres composants électroniques. De plus, les courants chiraux séparés transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés, ouvrant des possibilités de manipulation des propriétés magnétiques à l'échelle nanométrique.

Les chercheurs suggèrent que les travaux futurs se concentreront sur l'optimisation de la conception des dispositifs et sur l'exploration d'autres matériaux présentant des propriétés topologiques similaires afin d'améliorer encore les performances et d'élargir l'applicabilité de cette valve fermionique chirale. L'absence de champs magnétiques dans cette technologie pourrait conduire à des dispositifs électroniques plus petits, plus rapides et plus économes en énergie.