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、最近のNature誌に掲載された論文で詳しく述べられており、ガリウムパラジウム（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。
Nature誌に掲載された論文には、研究チームの名前と所属が記載されており、彼らは量子干渉を観察することにより、反対のフェルミオンキラリティー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本のアームを持つデバイスを使用して実現されました。この材料の独特な形状は、キラルフェルミオンに異常な速度を誘発し、非線形ホール効果をもたらします。
研究によると、反対の異常速度を持つ結果として生じる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。反対のチャーン数状態で存在するこれらのキラル電流は、反対の符号を持つ軌道磁化も運びます。これらの電流の中間的な位相コヒーレンスにより、量子干渉効果の観察が可能になり、キラルフェルミオンの分離がさらに検証されます。
トポロジカルシステムにおけるキ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、強い磁場または磁性ドーパントに依存しています。これらの方法は、不要な輸送を抑制し、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使用されます。この新しいアプローチは、材料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。
この研究の意義は、新しい電子およびスピントロニクスデバイスの開発にとって重要です。磁場なしでキラルフェルミオンの流れを制御する方法を提供することにより、この発見は、よりエネルギー効率が高く、コンパクトなデバイスへの扉を開きます。今後の研究では、同様の量子幾何学的特性を持つ他の材料の探索と、特定のアプリケーション向けのデバイス設計の最適化に焦点が当てられるでしょう。
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