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 de courants avec des chiralités fermioniques opposées sans avoir recours à des champs magnétiques, une exigence courante dans les approches précédentes.

L'équipe a réalisé cela en fabriquant des dispositifs à partir de PdGa monocristallin dans une géométrie à trois bras. L'agencement spécifique exploite les vitesses anormales des fermions chiraux induites par la géométrie quantique, ce qui entraîne un effet Hall non linéaire. Cet effet sépare spatialement les courants chiraux transversaux avec des vitesses anormales opposées dans les bras extérieurs du dispositif. Ces courants chiraux, existant dans des états de nombre de Chern opposés, transportent également des aimantations orbitales avec des signes opposés.

« C'est une toute nouvelle façon de contrôler le flux d'électrons », a déclaré [Nom du chercheur principal], [Titre du chercheur] à [Nom de l'institution]. « En utilisant les propriétés quantiques intrinsèques 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 potentiel à révolutionner les dispositifs électroniques et spintroniques. Les méthodes traditionnelles de manipulation des fermions chiraux reposent souvent sur des champs magnétiques puissants ou des dopants magnétiques, ce qui peut être énergivore et introduire des effets indésirables. Cette nouvelle approche offre un moyen plus efficace et précis de contrôler le flux d'électrons, ce qui pourrait conduire à des dispositifs plus petits, plus rapides et plus économes en énergie.

Les semi-métaux topologiques, la classe de matériaux utilisée dans cette expérience, hébergent des fermions avec des chiralités opposées aux croisements de bandes topologiques. Ces matériaux ont suscité une attention considérable ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques et de leur potentiel pour les applications technologiques. La géométrie quantique de ces matériaux, un concept décrivant la forme et la courbure des fonctions d'onde électroniques, joue un rôle crucial dans l'effet observé.

L'équipe a observé des figures d'interférence quantique, confirmant la séparation en espace réel des courants avec des chiralités fermioniques opposées. Cette observation fournit une preuve directe de l'efficacité de leur méthode.

« La capacité de séparer les courants chiraux sans champs magnétiques ouvre des possibilités intéressantes pour de nouveaux types de dispositifs électroniques », a expliqué [Nom du co-auteur], [Titre du co-auteur] à [Institution du co-auteur]. « Nous envisageons des applications dans des domaines tels que l'informatique quantique, la spintronique et les capteurs. »

Les chercheurs travaillent actuellement à l'optimisation de la conception du dispositif et à l'exploration d'autres matériaux dotés de propriétés topologiques similaires. Ils pensent que cette approche peut être étendue à d'autres matériaux topologiques, ouvrant la voie à une nouvelle génération de dispositifs électroniques chiraux. D'autres recherches se concentreront sur la compréhension des limites de cette méthode et sur l'exploration de son potentiel d'intégration dans les technologies électroniques existantes.