연구진은 학술지 네이처(Nature)에 발표된 연구에 따르면, 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 획기적인 기술은 기존 방식에서 흔히 요구되었던 자기장 없이도 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리할 수 있게 합니다.

응축 물질 물리학 및 전자 장치 혁신에 주력하는 연구팀은 단결정 팔라듐 갈륨(PdGa)으로 만든 세 갈래 구조의 장치를 사용하여 이 현상을 입증했습니다. 이 장치는 양자 기하학으로 유도된 카이랄 페르미온의 비정상 속도에 의해 구동되는 비선형 홀 효과를 나타냈습니다. 이로 인해 반대되는 비정상 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류가 장치의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리되었습니다.

"[연구 책임자 이름, 없을 시 '연구에 참여한 주요 연구자']는 "이것은 전자를 조작하는 완전히 새로운 방법입니다."라고 말했습니다. "물질의 고유한 양자 특성을 활용함으로써 외부 자기장 없이도 이전에는 불가능했던 수준의 제어를 달성할 수 있습니다."

이 연구의 중요성은 전자 및 스핀트로닉스 장치를 혁신할 수 있는 잠재력에 있습니다. 카이랄 페르미온을 조작하는 기존 방법은 종종 강력한 자기장이나 자기 도펀트에 의존하는데, 이는 에너지 집약적이고 원치 않는 영향을 미칠 수 있습니다. 이 새로운 접근 방식은 보다 효율적이고 잠재적으로 더 확장 가능한 대안을 제공합니다.

이 연구에 사용된 물질인 위상 반금속은 위상 밴드 교차점에서 반대 카이랄성을 가진 페르미온을 보유합니다. 이러한 물질은 고유한 전자 특성으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 주목을 받았습니다. 이러한 물질의 양자 기하학은 카이랄성에 따라 페르미온을 필터링하여 위상 불변량으로 특징지어지는 뚜렷한 천-수 편극 상태로 만드는 데 중요한 역할을 합니다.

연구진은 카이랄 전류의 분리를 더욱 확인하는 양자 간섭 패턴을 관찰했습니다. 반대 부호를 가진 궤도 자화를 전달하는 이러한 카이랄 전류는 물질의 위상 특성 및 양자 기하학의 직접적인 결과입니다.

이 개발은 정보 처리 및 저장에 전하뿐만 아니라 전자의 스핀을 활용하는 새로운 유형의 전자 장치로 이어질 수 있습니다. 이 분야로 알려진 스핀트로닉스는 더 빠르고 에너지 효율적인 장치를 약속합니다.

이 카이랄 페르미온 밸브의 잠재력을 최대한 탐색하고 다른 위상 물질에 대한 적용 가능성을 조사하기 위한 추가 연구가 진행 중입니다. 연구팀은 또한 새로운 유형의 센서 및 양자 컴퓨팅 장치를 포함하여 이 기술에 대한 실용적인 응용 분야를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.