연구진은 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 Nature지에 상세히 소개된 이 획기적인 발견은 자기장 없이 전자 흐름을 조작하는 새로운 전자 장치 개발의 길을 열어 잠재적으로 더 효율적이고 컴팩트한 기술로 이어질 수 있습니다.

제공된 소스 자료에 이름이 명시되지 않은 연구팀은 단결정 팔라듐 갈륨(PdGa)으로 만든 세 갈래 장치를 사용하여 이러한 효과를 입증했습니다. 이 물질은 위상 반금속으로, 밴드 구조에서 발생하는 고유한 전자적 특성을 가지고 있습니다. 이러한 물질은 위상 밴드 교차점에서 반대 카이랄성을 가진 페르미온을 보유합니다. 전자 흐름을 제어하기 위해 강한 자기장이나 자기 도핑에 의존하는 기존 방법과는 달리, 이 새로운 접근 방식은 물질의 고유한 양자 기하학을 활용하여 카이랄성에 따라 전자를 서로 다른 상태로 필터링합니다.

연구에 따르면 양자 기하학은 카이랄 페르미온에 비정상적인 속도를 유도하여 비선형 홀 효과를 일으킵니다. 이 효과는 반대 방향의 비정상적인 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류를 장치의 외부 팔로 공간적으로 분리합니다. 반대 부호의 Chern 수 상태로 존재하는 이러한 카이랄 전류는 반대 부호의 궤도 자화를 전달하기도 합니다. 이러한 전류의 중간 규모 위상 결맞음도 관찰되었습니다.

이 연구의 중요성은 기존 스핀트로닉스 장치의 한계를 극복할 수 있는 잠재력에 있습니다. 전하 대신 전자의 스핀을 활용하는 스핀트로닉스는 더 낮은 전력 소비와 더 빠른 데이터 처리 속도와 같은 장점을 제공합니다. 그러나 많은 스핀트로닉스 장치는 전자 스핀을 조작하기 위해 자기장을 필요로 하며, 이는 부피가 크고 에너지 집약적일 수 있습니다. 이 새로운 방법은 자기장 없이 전자 카이랄성을 제어할 수 있는 방법을 제공하여 잠재적으로 더 작고 에너지 효율적인 스핀트로닉스 장치로 이어질 수 있습니다.

연구진은 이 발견이 미래 전자 기술 개발에 큰 영향을 미칠 수 있다고 믿습니다. 위상 물질의 양자 기하학을 활용함으로써 현재 장치보다 더 효율적이고 다재다능한 카이랄 필터 및 스핀 기반 트랜지스터와 같은 새로운 유형의 전자 부품을 만들 수 있을 것입니다. 이 기술의 잠재력을 최대한 탐구하고 실용적인 응용 분야를 개발하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.