研究者たちは、学術誌Natureに掲載された新しい研究によると、トポロジカル物質の特異な量子幾何学を利用して、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。この画期的な技術により、磁場を必要とせずに、反対のフェルミオンカイラリティを持つ電流を空間的に分離することが可能になり、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。

提供された概要には名前が記載されていませんが、研究チームは、3本のアームを持つ形状で、単結晶パラジウムガリウム（PdGa）からデバイスを作製しました。これらのデバイスは非線形ホール効果を示し、カイラルフェルミオンの量子幾何学に起因する異常速度を実証しました。その結果生じる横方向のカイラル電流は、反対の異常速度を持ち、デバイスの外側のアームに空間的に分離されました。

研究概要によると、主任研究者（特定されていません）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。「物質の量子幾何学を利用することで、電子をカイラリティ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。」

この研究で使用されたトポロジカル半金属は、トポロジカルバンド交差において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。従来、カイラルフェルミオン輸送を操作するには、不要な輸送を抑制し、反対のチャーン数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。この新しい方法は、トポロジカルバンドの固有の量子幾何学を利用することで、これらの要件を回避します。

カイラル電流の空間的分離は、反対の符号を持つ軌道磁化の分離にもつながり、新しいスピントロニクスデバイスの可能性を広げます。スピントロニクスは、電子の電荷に加えて、スピンを利用して、より効率的で汎用性の高い電子部品を作成します。

チームは、分離されたカイラル電流の量子干渉を観察し、この方法の有効性をさらに確認しました。このプロセスにおける磁場の不在は大きな利点です。磁場は生成および維持に手間がかかり、エネルギー集約的である可能性があるためです。

この研究の意義は、量子コンピューティングや高度なセンサー技術など、さまざまな分野に及びます。カイラル電子の流れを制御することで、研究者はより効率的で堅牢な量子デバイスを作成できる可能性があります。

このカイラルフェルミオンバルブの可能性を最大限に探求し、他のトポロジカル物質への適用性を調査するために、さらなる研究が計画されています。チームは、この発見がカイラルフェルミオンのユニークな特性を利用した次世代の電子デバイスへの道を開くと考えています。