연구진은 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 Nature에 발표된 이 획기적인 연구는 자기장 없이 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리하여 전자 장치 설계를 혁신할 가능성을 제시합니다.

연구팀은 다중 폴드 위상 반금속 PdGa에 대한 연구를 통해 물질의 전자 밴드의 양자 기하학을 활용하여 페르미온(전자와 같은 기본 입자)을 고유한 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.

[연구 책임자 이름]([기관 이름]의 [연구원 직책])이자 이 연구의 주 저자는 "이것은 전자 흐름을 제어하는 완전히 새로운 방식입니다."라고 말했습니다. "물질의 고유한 양자 기하학을 활용하여 외부 자기장 없이 전자의 동작을 조작할 수 있으며, 이는 더욱 효율적이고 컴팩트한 전자 장치를 위한 가능성을 열어줍니다."

연구진은 단결정 PdGa로 세 갈래 구조의 장치를 제작했습니다. 그들은 카이랄 페르미온의 양자 기하학 유도 이상 속도가 비선형 홀 효과를 초래한다는 것을 관찰했습니다. 이 효과는 반대 이상 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류를 장치의 외부 암으로 공간적으로 분리했습니다. 반대 천-수 상태에 존재하는 이러한 카이랄 전류는 또한 반대 부호의 궤도 자화를 전달합니다.

위상 시스템에서 카이랄 페르미온 수송을 조작하는 기존 방법은 종종 높은 자기장 또는 자기 도펀트에 의존합니다. 이러한 접근 방식은 사소한 수송을 억제하고 반대 천-수 상태의 점유율 불균형을 생성하는 데 사용됩니다. 새로운 방법은 이러한 요구 사항을 우회하여 보다 간소화되고 에너지 효율적인 접근 방식을 제공합니다.

이 연구의 의미는 첨단 전자 및 스핀트로닉 장치의 개발로 확장됩니다. 카이랄 전류를 제어하고 분리하는 능력은 새로운 유형의 센서, 트랜지스터 및 메모리 장치로 이어질 수 있습니다. 또한 양자 기하학을 전자 조작의 원동력으로 사용하면 새로운 양자 컴퓨팅 아키텍처를 위한 길을 열 수 있습니다.

[연구원 이름]은 "우리는 재료 과학에서 양자 기하학의 잠재력을 탐구하기 시작했을 뿐입니다."라고 덧붙였습니다. "이 연구는 전례 없는 기능을 가진 새로운 재료 및 장치를 설계하기 위한 토대를 제공합니다."

연구팀은 이러한 카이랄 전류의 특성을 더욱 조사하고 다양한 기술 분야에서의 잠재적 응용 분야를 탐색할 계획입니다. 또한 이러한 장치의 효율성과 성능을 더욱 향상시키기 위해 향상된 양자 기하학적 특성을 가진 새로운 재료를 개발하고 있습니다. 이 연구는 [자금 출처]의 지원을 받았습니다.