研究者たちは、磁場を必要とせずに、電子のスピンに関連する特性であるカイラリティに基づいて電子を分離する新しい方法を開発しました。Nature誌の最近号で詳述されたこの画期的な技術は、パラジウムガリウム（PdGa）と呼ばれる材料のトポロジカルバンドの量子幾何学を利用して、電子を含む粒子の一種であるフェルミオンを、トポロジカル量であるチャーン数によって分極された異なる状態に分離します。

今週発表されたこの研究チームは、量子干渉を観察することにより、反対のフェルミオンカイラリティを持つ電流の実空間分離を実証しました。これは、単結晶PdGaから作製された3本のアームを持つ形状のデバイスを使用して達成されました。このユニークな設計により、カイラルフェルミオンの量子幾何学によって誘導される異常速度を利用することができ、非線形ホール効果につながりました。

「これは、電子を制御するまったく新しい方法です」と、研究の筆頭著者である[研究代表者名]博士は述べています。「磁場を使用する代わりに、材料自体の固有の量子特性を使用しています。」

この研究の重要性は、電子およびスピントロニクスデバイスに革命をもたらす可能性にあります。カイラルフェルミオン輸送を操作する従来の方法は、多くの場合、高磁場または磁性ドーパントに依存しており、エネルギー集約型であり、不要な複雑さを招く可能性があります。この新しいアプローチは、より効率的で、潜在的によりコンパクトな代替手段を提供します。

このチームの発見は、多重トポロジカル半金属に関する以前の研究に基づいており、これらの半金属は、トポロジカルバンド交差で反対のカイラリティを持つフェルミオンをホストします。これらの材料は、高度なエレクトロニクスでの潜在的な応用により、大きな注目を集めています。研究者たちは、反対の異常速度を持つ横方向のカイラル電流が、デバイスの外側のアームに空間的に分離されていることを発見しました。反対のチャーン数状態で存在するこれらのカイラル電流は、反対の符号を持つ軌道磁化も運びます。これらの状態の中間的な位相コヒーレンスは、量子干渉を通して観察されました。

「磁場なしでカイラル電流を分離できることは、新しいタイプの電子デバイスを設計するためのエキサイティングな可能性を開きます」と、この研究に詳しい凝縮系物理学者の[別の研究者名または専門家]博士は説明しました。「よりエネルギー効率が高く、より高速なデバイスにつながる可能性があります。」

この研究は、[資金提供元]からの資金提供を受けました。チームは現在、センサーや量子コンピューティングコンポーネントなど、さまざまな電子デバイスにおけるこの技術の潜在的な応用を探求しています。彼らはまた、同様の量子幾何学的特性を示す他の材料も調査しています。次のステップには、デバイス設計の最適化と、大量生産のための技術のスケーラビリティの探求が含まれます。