नेचर पत्रिका में प्रकाशित एक नए अध्ययन के अनुसार, शोधकर्ताओं ने कुछ सामग्रियों 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 उनके स्पिन से संबंधित एक गुण है। यह सफलता, जो चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना प्राप्त की गई है, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और स्पिनट्रॉनिक्स (spintronics) में प्रगति ला सकती है।

टीम, जिसके सदस्यों का नाम स्रोत सामग्री में नहीं दिया गया है, ने पैलेडियम गैलियम (PdGa) नामक एक सामग्री पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक टोपोलॉजिकल सेमीमेटल (topological semimetal) है जो चिरल फर्मियन (chiral fermions) को होस्ट करता है, जो एक निश्चित हैंडेडनेस (handedness) वाले कण हैं। ये फर्मियन उन बिंदुओं पर मौजूद होते हैं जहां सामग्री के इलेक्ट्रॉनिक बैंड (electronic bands) पार होते हैं, जिनमें विपरीत चिरैलिटी होती है। परंपरागत रूप से, इन चिरल फर्मियन में हेरफेर करने के लिए मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों या चुंबकीय डोपिंग (magnetic doping) की आवश्यकता होती थी ताकि विभिन्न चेर्न नंबरों (Chern numbers), एक टोपोलॉजिकल संपत्ति, वाले राज्यों के अधिभोग में असंतुलन पैदा किया जा सके।

हालांकि, यह नया शोध डिस्टिंक्ट चेर्न-नंबर-पोलराइज्ड (distinct Chern-number-polarized) राज्यों में चिरैलिटी द्वारा फर्मियन को फ़िल्टर करने के लिए PdGa के इलेक्ट्रॉनिक बैंड की क्वांटम ज्यामिति का लाभ उठाता है। यह विपरीत फर्मियोनिक चिरैलिटी वाले धाराओं के स्थानिक पृथक्करण की अनुमति देता है, एक ऐसी घटना जिसे शोधकर्ताओं ने किसी भी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में उनके क्वांटम हस्तक्षेप को देखकर प्रदर्शित किया।

शोधकर्ताओं ने तीन-भुजा ज्यामिति में सिंगल-क्रिस्टल (single-crystal) PdGa से उपकरण बनाए। इन उपकरणों ने चिरल फर्मियन के क्वांटम-ज्यामिति-प्रेरित असामान्य वेगों (quantum-geometry-induced anomalous velocities) को प्रदर्शित किया, जिसके परिणामस्वरूप एक गैर-रेखीय हॉल प्रभाव (nonlinear Hall effect) हुआ। विपरीत असामान्य वेगों वाली अनुप्रस्थ चिरल धाराएँ (transverse chiral currents) इस प्रकार उपकरण की बाहरी भुजाओं में स्थानिक रूप से अलग हो गईं। विपरीत चेर्न नंबर राज्यों में ये चिरल धाराएँ विपरीत संकेतों के साथ कक्षीय चुंबकत्व (orbital magnetizations) भी ले जाती हैं।

अध्ययन में एक प्रमुख शोधकर्ता ने कहा, जिनका नाम स्रोत सामग्री में नहीं दिया गया था, "यह चिरल फर्मियन को नियंत्रित करने का एक बिल्कुल नया तरीका है।" "सामग्री की क्वांटम ज्यामिति का उपयोग करके, हम बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना इन कणों को अलग कर सकते हैं।"

इस खोज का नए इलेक्ट्रॉनिक और स्पिनट्रॉनिक उपकरणों के विकास के लिए महत्वपूर्ण निहितार्थ है। स्पिनट्रॉनिक्स, जो इलेक्ट्रॉनों के चार्ज के बजाय उनके स्पिन का उपयोग करता है, तेज और अधिक ऊर्जा-कुशल इलेक्ट्रॉनिक्स का वादा करता है। चुंबकीय क्षेत्रों के बिना चिरल फर्मियन में हेरफेर करने की क्षमता से छोटे, अधिक कुशल स्पिनट्रॉनिक उपकरण बन सकते हैं।

PdGa जैसे टोपोलॉजिकल सेमीमेटल, अपनी बैंड संरचना टोपोलॉजी (band structure topology) से उत्पन्न अद्वितीय इलेक्ट्रॉनिक गुणों वाली सामग्री हैं। इन सामग्रियों ने हाल के वर्षों में उपन्यास इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की अपनी क्षमता के कारण महत्वपूर्ण ध्यान आकर्षित किया है। इन सामग्रियों की क्वांटम ज्यामिति, जो इलेक्ट्रॉनिक बैंड के आकार और वक्रता का वर्णन करती है, अब उनके इलेक्ट्रॉनिक गुणों को नियंत्रित करने में एक महत्वपूर्ण कारक के रूप में उभर रही है।

शोधकर्ताओं ने इन चिरल धाराओं के गुणों की आगे जांच करने और विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उनके संभावित अनुप्रयोगों का पता लगाने की योजना बनाई है। उन्हें यह भी उम्मीद है कि वे समान क्वांटम ज्यामितीय गुणों वाली अन्य सामग्रियों की पहचान करेंगे जिनका उपयोग चिरल फर्मियन में हेरफेर करने के लिए किया जा सकता है।