研究者たちは、トポロジカル材料の独特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。この画期的な成果は、学術誌Natureに掲載され、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。

所属機関がすぐに明らかにならなかった研究チームは、単結晶PdGaから3本のアームを持つ形状のデバイスを作製することでこれを実現しました。この特定の材料と構成は、量子幾何学に起因するカイ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カイラル電流は、デバイスの外側のアームに空間的に分離されます。

「これは、電子を操作する全く新しい方法です」と、研究の主任研究者は述べています。「材料の量子幾何学の固有の特性を利用することで、電子をそのキラリティーによってフィルタリングし、異なる場所に誘導することができます。」

この研究の意義は、多くの場合、強力な磁場や磁性ドーパントに依存する従来のカイラル分離の方法からの脱却にあります。これらの方法はエネルギー集約的であり、電子システムに不要な複雑さをもたらす可能性があります。新しいアプローチは、より効率的で、潜在的によりスケーラブルな代替手段を提供します。

PdGaのようなトポロジカル材料は、そのバンド構造に起因する独特の電子特性を持っています。これらの材料は、トポロジカルバンド交差にカイラルフェルミオンをホストしており、電子は定義された「利き手」を持っているかのように振る舞います。これらのバンドの量子幾何学は、これらのカイラルフェルミオンの動きに影響を与える上で重要な役割を果たします。

分離されたカイラル電流はまた、反対の符号を持つ軌道磁化を運び、電子のスピンを情報処理およびストレージに利用するスピントロニクスデバイスの可能性を切り開きます。これにより、よりエネルギー効率が高く、高速な電子デバイスの開発につながる可能性があります。

研究はまだ初期段階にありますが、その影響は広範囲に及びます。磁場なしでカイラル電流を制御および操作できる能力は、量子コンピューティング、センサー、その他の電子アプリケーションを含むさまざまな分野の進歩につながる可能性があります。研究チームは現在、カイラル分離プロセスをさらに最適化し、潜在的なアプリケーションを探索するために、他の材料やデバイスの形状を調査しています。