शोधकर्ताओं ने टोपोलॉजिकल पदार्थों की अद्वितीय क्वांटम ज्यामिति का उपयोग करके, इलेक्ट्रॉनों को उनकी चिरैलिटी (chirality) के आधार पर अलग करने के लिए एक नई विधि विकसित की है, जो उनके स्पिन से संबंधित एक गुण है। नेचर (Nature) प्रकाशन में विस्तृत यह अभूतपूर्व खोज, चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना विपरीत फर्मियोनिक चिरैलिटी (fermionic chiralities) वाली धाराओं के स्थानिक पृथक्करण की अनुमति देती है, जिससे संभावित रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरण डिजाइन में क्रांति आ सकती है।

टीम, जिसका काम मल्टीफोल्ड टोपोलॉजिकल सेमीमेटल (multifold topological semimetal) PdGa पर केंद्रित है, ने प्रदर्शित किया कि सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक बैंड की क्वांटम ज्यामिति का उपयोग फर्मियन (fermions), जैसे कि इलेक्ट्रॉन जैसे प्राथमिक कणों को अलग-अलग चेर्न-नंबर-ध्रुवीकृत (Chern-number-polarized) अवस्थाओं में फ़िल्टर करने के लिए किया जा सकता है। चेर्न नंबर (Chern number) एक टोपोलॉजिकल इनवेरिएंट (topological invariant) है जो किसी सामग्री की बैंड संरचना को दर्शाता है। यह फ़िल्टरिंग प्रक्रिया विपरीत फर्मियोनिक चिरैलिटी (fermionic chiralities) वाली धाराओं के वास्तविक-स्थान पृथक्करण की ओर ले जाती है, एक ऐसी घटना जिसे क्वांटम हस्तक्षेप के माध्यम से देखा गया।

[लीड रिसर्चर नेम] (Lead Researcher Name), [इंस्टीट्यूशन नेम] (Institution Name) में [रिसर्चर टाइटल] (Researcher Title) और अध्ययन के प्रमुख लेखक ने कहा, "यह इलेक्ट्रॉन प्रवाह को नियंत्रित करने का एक बिल्कुल नया तरीका है।" "सामग्री की आंतरिक क्वांटम ज्यामिति का उपयोग करके, हम बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के बिना इलेक्ट्रॉनों के व्यवहार में हेरफेर कर सकते हैं, जो अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए संभावनाएं खोलता है।"

शोधकर्ताओं ने एकल-क्रिस्टल (single-crystal) PdGa से तीन-भुजाओं वाली ज्यामिति में उपकरण बनाए। उन्होंने देखा कि चिरल फर्मियन (chiral fermions) के क्वांटम-ज्यामिति-प्रेरित असामान्य वेगों के परिणामस्वरूप एक गैर-रेखीय हॉल प्रभाव (nonlinear Hall effect) उत्पन्न हुआ। इस प्रभाव ने विपरीत असामान्य वेगों के साथ अनुप्रस्थ चिरल धाराओं (transverse chiral currents) को उपकरण की बाहरी भुजाओं में स्थानिक रूप से अलग कर दिया। ये चिरल धाराएँ (chiral currents), जो विपरीत चेर्न नंबर (Chern number) अवस्थाओं में मौजूद हैं, विपरीत संकेतों के साथ कक्षीय चुंबकत्व (orbital magnetizations) भी ले जाती हैं।

टोपोलॉजिकल प्रणालियों (topological systems) में चिरल फर्मियोनिक परिवहन (chiral fermionic transport) में हेरफेर करने के लिए पारंपरिक तरीके अक्सर उच्च चुंबकीय क्षेत्रों या चुंबकीय डोपेंट (magnetic dopants) पर निर्भर करते हैं। इन दृष्टिकोणों का उपयोग तुच्छ परिवहन को दबाने और विपरीत चेर्न-नंबर (Chern-number) अवस्थाओं के अधिभोग में असंतुलन पैदा करने के लिए किया जाता है। नई विधि इन आवश्यकताओं को दरकिनार कर एक अधिक सुव्यवस्थित और ऊर्जा-कुशल दृष्टिकोण प्रदान करती है।

इस शोध के निहितार्थ उन्नत इलेक्ट्रॉनिक और स्पिनट्रोनिक उपकरणों (spintronic devices) के विकास तक फैले हुए हैं। चिरल धाराओं (chiral currents) को नियंत्रित और अलग करने की क्षमता से नए प्रकार के सेंसर, ट्रांजिस्टर और मेमोरी डिवाइस बन सकते हैं। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन हेरफेर के लिए एक प्रेरक शक्ति के रूप में क्वांटम ज्यामिति का उपयोग उपन्यास क्वांटम कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर (quantum computing architectures) के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

[रिसर्चर नेम] (Researcher Name) ने कहा, "हम सामग्री विज्ञान में क्वांटम ज्यामिति की क्षमता का पता लगाना अभी शुरू कर रहे हैं।" "यह काम अभूतपूर्व कार्यक्षमताओं वाली नई सामग्रियों और उपकरणों को डिजाइन करने के लिए एक आधार प्रदान करता है।"

अनुसंधान टीम इन चिरल धाराओं (chiral currents) के गुणों की आगे जांच करने और विभिन्न तकनीकी क्षेत्रों में उनके संभावित अनुप्रयोगों का पता लगाने की योजना बना रही है। वे इन उपकरणों की दक्षता और प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए उन्नत क्वांटम ज्यामितीय गुणों वाली नई सामग्रियों को विकसित करने पर भी काम कर रहे हैं। इस अध्ययन को [फंडिंग सोर्स] (Funding Source) द्वारा समर्थित किया गया था।