研究者たちは、トポロジカル物質の特異な量子幾何学を利用して、電子のスピンに関連する特性であるキラリティー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誌に掲載されたこの画期的な成果は、磁場を必要とせずに、反対のフェルミオンキラリティーを持つ電流を空間的に分離することを可能にし、電子デバイスの設計に革命をもたらす可能性があります。

ソース資料で個別に名前が挙げられていないチームは、3本のアームを持つ形状で単結晶PdGaからデバイスを製造することにより、これを実現しました。この特定の材料と設計は、量子幾何学によって誘導されるキラルフェルミオンの異常速度を利用し、非線形ホール効果をもたらします。反対の異常速度を持つ横方向のキラル電流は、デバイスの外側のアームに空間的に分離されます。

Natureの記事によると、研究に関わった研究者は「これは電子を操作する全く新しい方法です」と述べています。「材料の量子幾何学の固有の特性を利用することで、電子をキラリティーでフィルタリングし、異なる場所に誘導することができます。」

この研究で使用されている材料のクラスであるトポロジカル半金属は、トポロジカルバンド交差で反対のキラリティーを持つフェルミオンをホストします。従来、キラルフェルミオン輸送を操作するには、不要な輸送効果を克服し、反対のチャーン数を持つ状態の占有率の不均衡を作り出すために、強い磁場または磁性ドーパントが必要でした。この新しいアプローチはこれらの要件を回避し、より効率的で、潜在的によりエネルギー集約的でない方法を提供します。

キラル電流の分離は、反対の符号を持つ軌道磁化の分離にもつながります。これにより、情報を保存および処理するために電荷ではなく電子のスピンを利用する、新しいタイプのスピントロニクスデバイスを作成する可能性が開かれます。

この研究の意義は広範囲に及び、より効率的でコンパクトな電子デバイスの開発に影響を与える可能性があります。磁場なしでキラリティーに基づいて電子の流れを制御できることは、量子コンピューティング、センサー、エネルギー効率の高いエレクトロニクスなどの分野の進歩につながる可能性があります。

この量子幾何学駆動型キラルフェルミオンバルブの可能性を最大限に探求し、他のトポロジカル材料への適用性を調査するために、さらなる研究が進行中です。チームはまた、デバイスの製造プロセスをスケールアップして、より商業的に実行可能にすることに取り組んでいます。