연구진은 비자성 물질 내 위상 밴드의 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀 방향과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 네이처(Nature)지에 상세히 기술된 이 획기적인 기술은 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리하고 이후 양자 간섭을 가능하게 하며, 이러한 조작에 일반적으로 필요한 자기장이나 자기 도펀트가 필요하지 않습니다.

여러 기관에 소속된 연구팀은 단결정 PdGa로 제작된 세 갈래 구조의 장치를 사용하여 이 현상을 입증했습니다. 이 독특한 설계는 양자 기하학으로 유도된 카이랄 페르미온의 비정상 속도를 활용하여 비선형 홀 효과를 유도합니다. 이 효과는 반대 방향의 비정상 속도를 갖는 횡방향 카이랄 전류를 장치의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리시킵니다.

[Lead Researcher Name] ([University/Institution] 소속 [Researcher Title])은 "이것은 전자 흐름을 제어하는 완전히 새로운 방법입니다."라며 "물질의 고유한 양자 특성을 사용하여 강력한 자기장으로만 가능했던 방식으로 전자를 조작할 수 있습니다."라고 말했습니다.

이번 발견의 중요성은 전자 및 스핀트로닉스 장치를 혁신할 수 있는 잠재력에 있습니다. 카이랄 페르미온을 조작하는 현재의 방법은 종종 높은 자기장에 의존하는데, 이는 에너지 집약적이며 장치의 소형화를 제한할 수 있습니다. 새로운 방법은 보다 효율적이고 확장 가능한 대안을 제공합니다.

이 연구에 사용된 물질 종류인 위상 반금속은 위상 밴드 교차점에서 반대 카이랄성을 갖는 페르미온을 보유합니다. 이러한 물질은 고유한 전자 특성으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 주목을 받았습니다. 연구팀의 혁신은 이러한 물질의 양자 기하학을 활용하여 페르미온을 카이랄성에 따라 뚜렷한 천-수 편극 상태로 필터링하는 능력에 있습니다. 천-수는 전자 밴드 구조를 특징짓는 위상 불변량입니다.

공간적으로 분리된 카이랄 전류는 또한 반대 부호의 궤도 자화를 전달하여 또 다른 제어 및 잠재적 응용 분야를 추가합니다. 연구팀은 이러한 카이랄 전류의 중간 규모 위상 결맞음을 관찰하여 방법의 효과를 더욱 확인했습니다.

[Co-author Name] ([University/Institution] 소속 [Co-author Title])은 "자기장 없이 카이랄 전류를 분리하고 제어하는 능력은 새로운 유형의 전자 장치에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다."라며 "양자 컴퓨팅, 스핀트로닉스 및 센서와 같은 분야에서 응용 분야를 구상하고 있습니다."라고 설명했습니다.

연구진은 현재 장치 설계를 최적화하고 유사한 양자 기하학적 특성을 가진 다른 물질을 탐색하고 있습니다. 그들은 이 접근 방식이 다른 위상 물질로 확장되어 양자 기하학에 기반한 차세대 전자 장치의 길을 열 수 있다고 믿습니다. 다음 단계는 성능을 향상시키고 잠재적인 응용 분야를 탐색하기 위해 물질 특성 및 장치 최적화에 대한 추가 조사를 포함합니다.