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。この画期的な成果は、最近のNature誌に詳細が掲載されており、パラジウムガリウム（PdGa）と呼ばれる物質のトポロジカルバンドの量子幾何学を利用して、反対のカイラリティを持つ電子をフィルタリングし、別々の経路に誘導します。

コメントを求めることができなかった研究チームは、PdGaデバイスを3本のアームを持つ形状で製造することにより、この現象を実証しました。これらのデバイスは、非線形ホール効果を示しました。これは、電流が印加された電圧に正比例しない現象です。この効果は、量子幾何学によって誘導されたカイラルフェルミオンの異常速度から生じ、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ます。

電子のカイラリティとは、「利き手」のことで、電子は運動方向に対して左手または右手のスピン配向を持つことができます。カイラリティに基づいて電子を分離することは、電子の電荷ではなくスピンを利用して新しい電子デバイスを開発することを目指すスピントロニクスの分野で応用できる可能性があります。カイラル電子を操作する従来の方法は、多くの場合、強力な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、望ましくない影響をもたらす可能性があります。

この新しい方法は、PdGaの電子バンドの固有の量子幾何学を利用することで、これらの制限を克服します。この量子幾何学はフィルターとして機能し、異なるカイラリティを持つ電子を別々のチャネルに誘導します。分離されたカイラル電流は、反対の符号を持つ軌道磁化も運び、スピントロニクスへの応用の可能性をさらに高めます。

チームは、磁場が存在しない状態でカイラル電流の分離を確認する量子干渉パターンを観察しました。この観察は、量子幾何学に基づいたカイラルフィルターの有効性の直接的な証拠となります。

専門家は、この発見がよりエネルギー効率が高く、コンパクトなスピントロニクスデバイスへの道を開く可能性があると考えています。磁場なしでカイラル電子を操作できるようになったことで、スピンベースのトランジスタやメモリデバイスなど、高度な電子部品を開発するための新たな可能性が開かれます。

この技術の可能性を探求し、同様の量子幾何学的特性を示す他の材料を特定するために、さらなる研究が進められています。チームはまた、カイラル分離の効率を改善し、さまざまなスピントロニクスデバイスでの潜在的な応用を探求するために、デバイス設計の最適化に取り組んでいます。