Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode de séparation des électrons basée sur leur chiralité, une propriété liée à leur spin, en utilisant la géométrie quantique unique des matériaux topologiques. Cette avancée 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 de recherche, dont les membres n'ont pas été nommés dans le résumé fourni, a fabriqué des dispositifs à partir de gallium de palladium monocristallin (PdGa) dans une géométrie à trois bras. Ces dispositifs ont présenté un effet Hall non linéaire, démontrant les vitesses anormales induites par la géométrie quantique des fermions chiraux. Les courants chiraux transversaux résultants, possédant des vitesses anormales opposées, ont été 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 de l'étude, bien que le chercheur spécifique n'ait pas été identifié. "En utilisant la géométrie quantique du matériau, nous pouvons filtrer les électrons en fonction de leur chiralité et les diriger vers différents endroits."

Les semi-métaux topologiques, les matériaux utilisés dans cette étude, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Traditionnellement, la manipulation du transport fermionique chiral nécessitait des champs magnétiques forts 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 ces exigences en utilisant la géométrie quantique inhérente aux bandes topologiques.

La séparation spatiale des courants chiraux entraîne également la séparation des aimantations orbitales avec des signes opposés, ouvrant des possibilités pour de nouveaux dispositifs spintroniques. La spintronique exploite le spin des électrons, en plus de leur charge, pour créer des composants électroniques plus efficaces et polyvalents.

L'équipe a observé l'interférence quantique des courants chiraux séparés, confirmant davantage l'efficacité de leur méthode. L'absence de champ magnétique dans ce processus est un avantage significatif, car les champs magnétiques peuvent être encombrants et énergivores à générer et à maintenir.

Les implications de cette recherche s'étendent à divers domaines, notamment l'informatique quantique et les technologies de capteurs avancées. En contrôlant le flux d'électrons chiraux, les chercheurs peuvent potentiellement créer des dispositifs quantiques plus efficaces et robustes.

D'autres recherches sont prévues pour explorer le plein potentiel de cette valve fermionique chirale et pour étudier son applicabilité à d'autres matériaux topologiques. L'équipe estime que cette découverte pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques qui exploitent les propriétés uniques des fermions chiraux.