연구진은 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 네이처(Nature)지에 상세히 기술된 이 획기적인 기술은 자기장 없이 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리하여 전자 장치 설계에 혁신을 가져올 잠재력이 있습니다.

이번 연구는 다중 폴드 위상 반금속 PdGa에 초점을 맞추고 있으며, 연구팀은 이 물질의 양자 기하학을 활용하여 전자와 같은 기본 입자인 페르미온을 뚜렷한 천-수 편극 상태로 필터링할 수 있음을 입증했습니다. 천-수는 물질의 밴드 구조를 특징짓는 위상 불변량입니다. 이 필터링 과정을 통해 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류가 실제 공간에서 분리되는 현상이 양자 간섭을 통해 관찰되었습니다.

[기관]의 [연구원 직책]인 [주요 연구원 이름]은 "이번 연구는 양자 물질의 고유한 특성을 활용하는 전자 장치를 설계할 수 있는 새로운 길을 열어줍니다."라며 "이러한 물질의 양자 기하학을 조작함으로써 전례 없는 방식으로 전자의 흐름을 제어할 수 있습니다."라고 말했습니다.

카이랄 페르미온 수송을 조작하는 기존 방법은 종종 강한 자기장이나 자기 도펀트에 의존하는데, 이는 비실용적이고 원치 않는 복잡성을 야기할 수 있습니다. 새로운 접근 방식은 물질의 고유한 양자 기하학을 활용하여 이러한 제한 사항을 극복합니다.

연구진은 단결정 PdGa로 3개의 암(arm) 구조로 된 장치를 제작했습니다. 그들은 양자 기하학이 카이랄 페르미온에 비정상적인 속도를 유도하여 비선형 홀 효과를 일으킨다는 것을 관찰했습니다. 이 효과는 반대 방향의 비정상적인 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류를 장치의 외부 암으로 공간적으로 분리했습니다. 반대 방향의 천-수 상태에 존재하는 이러한 카이랄 전류는 또한 반대 부호의 궤도 자화를 나타냅니다.

이번 연구 결과는 첨단 전자 및 스핀트로닉스 장치 개발에 중요한 의미를 갖습니다. 새로운 방법은 카이랄 전류의 정밀한 제어 및 조작을 가능하게 함으로써 보다 효율적이고 에너지 절약적인 전자 부품으로 이어질 수 있습니다. 또한 자기장 없이 카이랄 전류를 분리하는 기능은 외부 간섭에 덜 민감한 장치를 만들 수 있는 가능성을 열어줍니다.

이번 연구에 참여하지 않은 [다른 기관]의 [전문가 직책]인 [전문가 이름]은 "카이랄성에 기반하여 전자 흐름을 제어하는 ​​능력은 큰 진전입니다."라며 "이번 연구는 향상된 기능을 갖춘 새로운 유형의 양자 장치를 위한 길을 열 수 있습니다."라고 논평했습니다.

연구팀은 다른 위상 물질에서 양자 기하학의 잠재력을 더 연구하고 다양한 전자 장치에서의 응용 분야를 탐색할 계획입니다. 또한 산업 응용 분야에 더 쉽게 접근할 수 있도록 제조 공정을 확장하기 위해 노력하고 있습니다.