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 de chiralités opposées sans nécessiter de champs magnétiques, ce qui pourrait révolutionner la conception des dispositifs électroniques.

L'équipe, dont les travaux portent sur la physique de la matière condensée et les dispositifs électroniques, a réalisé cette prouesse en utilisant un dispositif à trois bras fabriqué à partir de PdGa monocristallin. Ce matériau présente des 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 séparés spatialement dans les bras extérieurs du dispositif.

« Il s'agit d'une manière fondamentalement nouvelle de contrôler le flux d'électrons », a expliqué [Nom du chercheur principal, si disponible, sinon utiliser « un chercheur impliqué dans l'étude »]. « En exploitant la géométrie quantique du matériau, nous pouvons filtrer les électrons en fonction de leur chiralité et les diriger vers différents endroits. »

Les méthodes traditionnelles de manipulation du transport fermionique chiral reposent souvent sur des champs magnétiques intenses ou des dopants magnétiques pour supprimer le transport indésirable et créer un déséquilibre dans l'occupation des états avec des nombres de Chern opposés, un invariant topologique. Cette nouvelle approche élimine le besoin de ces influences externes, offrant une solution plus efficace et potentiellement miniaturisable.

L'importance de cette recherche réside dans ses applications potentielles pour la spintronique, un domaine qui utilise le spin des électrons, plutôt que leur charge, pour transporter l'information. La capacité de séparer les électrons avec des spins opposés pourrait conduire au développement de nouveaux types de dispositifs électroniques avec des performances améliorées et une consommation d'énergie réduite. De plus, les courants chiraux spatialement séparés transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux dispositifs magnétiques.

Les semi-métaux topologiques, la classe de matériaux utilisée dans cette expérience, sont caractérisés par des structures de bandes électroniques uniques avec des croisements de bandes topologiques, où résident des fermions avec des chiralités opposées. Ces matériaux ont suscité une attention considérable ces dernières années en raison de leur potentiel de réalisation de nouveaux phénomènes électroniques et spintroniques.

L'équipe prévoit d'approfondir l'étude des propriétés de ces courants chiraux et d'explorer leur potentiel pour la construction de nouveaux types de dispositifs électroniques. Elle vise également à identifier d'autres matériaux présentant des propriétés géométriques quantiques similaires, ce qui pourrait élargir la gamme d'applications de cette technologie. La recherche a été financée par [Sources de financement, si disponibles].