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, चिरैलिटी एक गुण है जो उनके स्पिन से संबंधित है। नेचर (Nature) पत्रिका में प्रकाशित यह सफलता, नए प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को जन्म दे सकती है जो चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना इलेक्ट्रॉन प्रवाह में हेरफेर करते हैं।

टीम, जिसके संबद्धताएँ तुरंत उपलब्ध नहीं थीं, ने पैलेडियम गैलियम (PdGa) नामक एक सामग्री पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक टोपोलॉजिकल सेमीमेटल (topological semimetal) है। इन सामग्रियों में अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचनाएं होती हैं जिनमें ऐसे बिंदु होते हैं जहाँ इलेक्ट्रॉन इस तरह व्यवहार करते हैं जैसे कि उनका कोई द्रव्यमान नहीं है और वे विशिष्ट चिरैलिटी प्रदर्शित करते हैं। परंपरागत रूप से, चिरैलिटी द्वारा इलेक्ट्रॉनों को अलग करने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों या चुंबकीय डोपिंग की आवश्यकता होती थी, जो बोझिल हो सकती है और डिवाइस अनुप्रयोगों को सीमित कर सकती है।

इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने PdGa के इलेक्ट्रॉनिक बैंड की क्वांटम ज्यामिति का उपयोग किया। यह क्वांटम ज्यामिति चिरल फर्मियन (chiral fermions) में एक "विसंगत वेग" (anomalous velocity) को प्रेरित करती है, जिससे वे अपनी चिरैलिटी के आधार पर अलग-अलग दिशाओं में चलते हैं। PdGa को तीन-भुजाओं वाले उपकरण में बनाकर, टीम विपरीत चिरैलिटी वाले इलेक्ट्रॉनों की धाराओं को बाहरी भुजाओं में स्थानिक रूप से अलग करने में सक्षम थी।

अध्ययन में एक प्रमुख शोधकर्ता ने कहा, "यह इलेक्ट्रॉन प्रवाह को नियंत्रित करने का एक मौलिक रूप से नया तरीका है।" "सामग्री की आंतरिक क्वांटम ज्यामिति का दोहन करके, हम बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों के बिना चिरैलिटी-आधारित पृथक्करण प्राप्त कर सकते हैं।"

चिरल धाराओं का पृथक्करण कक्षीय चुम्बकत्व (orbital magnetizations) के पृथक्करण की ओर भी ले जाता है, जो इलेक्ट्रॉनों के आंतरिक कोणीय गति से संबंधित हैं। यह ऐसे उपकरण बनाने की संभावनाओं को खोलता है जो चार्ज और स्पिन धाराओं दोनों में हेरफेर करते हैं।

टोपोलॉजिकल सेमीमेटल्स ने अपने असामान्य इलेक्ट्रॉनिक गुणों के कारण संघनित पदार्थ भौतिकी (condensed matter physics) में महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। इन सामग्रियों में बैंड क्रॉसिंग (band crossings) टोपोलॉजी द्वारा संरक्षित हैं, जिसका अर्थ है कि वे छोटे विक्षोभों के खिलाफ मजबूत हैं। यह उन्हें नए इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए आशाजनक उम्मीदवार बनाता है।

टीम ने चिरल धाराओं के पृथक्करण को उनके क्वांटम हस्तक्षेप (quantum interference) को देखकर प्रदर्शित किया, एक ऐसी घटना जो तब होती है जब इलेक्ट्रॉन तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं और एक दूसरे के साथ हस्तक्षेप करते हैं। हस्तक्षेप पैटर्न ने पुष्टि की कि विपरीत चिरैलिटी वाले इलेक्ट्रॉनों को वास्तव में अलग किया जा रहा था।

इस शोध के दूरगामी निहितार्थ हैं। चुंबकीय क्षेत्रों के बिना चिरैलिटी के आधार पर इलेक्ट्रॉन प्रवाह को नियंत्रित करने की क्षमता से अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बन सकते हैं, जिनमें सेंसर, स्पिनट्रोनिक उपकरण (spintronic devices) और क्वांटम कंप्यूटिंग घटक शामिल हैं।

इस तकनीक की पूरी क्षमता का पता लगाने और चिरल पृथक्करण के लिए उपयुक्त क्वांटम ज्यामिति वाली अन्य सामग्रियों की पहचान करने के लिए आगे शोध की आवश्यकता है। टीम विभिन्न परिस्थितियों में PdGa-आधारित उपकरणों के प्रदर्शन की जांच करने और नए डिवाइस आर्किटेक्चर का पता लगाने की योजना बना रही है।