연구진은 자기장 없이 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 Nature에 발표된 이 획기적인 기술은 팔라듐 갈륨(PdGa)이라는 물질의 위상 밴드의 양자 기하학을 활용하여 반대 카이랄성을 가진 전자를 필터링하고 뚜렷한 경로로 유도합니다.

논평을 위해 즉시 연락이 닿지 않은 연구팀은 3개의 팔 구조로 PdGa 소자를 제작하여 이 현상을 입증했습니다. 이 소자들은 비선형 홀 효과를 나타냈는데, 이는 전류가 가해진 전압에 정비례하지 않는 현상입니다. 이 효과는 양자 기하학적으로 유도된 카이랄 페르미온의 비정상 속도에서 발생하며, 반대 비정상 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류가 소자의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리됩니다.

전자의 카이랄성은 "손 방향성"을 의미하며, 전자는 운동 방향에 대해 왼쪽 또는 오른쪽 스핀 방향을 가질 수 있습니다. 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 것은 전하가 아닌 전자의 스핀을 사용하여 새로운 전자 장치를 개발하는 것을 목표로 하는 스핀트로닉스 분야에서 잠재적인 응용 분야를 가지고 있습니다. 카이랄 전자를 조작하는 기존 방법은 종종 강력한 자기장이나 자기 도펀트에 의존하는데, 이는 에너지 집약적일 수 있고 원치 않는 효과를 유발할 수 있습니다.

새로운 방법은 PdGa의 전자 밴드의 고유한 양자 기하학을 활용하여 이러한 제한을 극복합니다. 이 양자 기하학은 필터 역할을 하여 서로 다른 카이랄성을 가진 전자를 별도의 채널로 안내합니다. 분리된 카이랄 전류는 또한 반대 부호의 궤도 자화를 전달하여 스핀트로닉스 응용 분야의 잠재력을 더욱 향상시킵니다.

연구팀은 자기장 없이 카이랄 전류의 분리를 확인하는 양자 간섭 패턴을 관찰했습니다. 이 관찰은 양자 기하학 기반 카이랄 필터의 효과에 대한 직접적인 증거를 제공합니다.

전문가들은 이 발견이 보다 에너지 효율적이고 컴팩트한 스핀트로닉스 장치를 위한 길을 열 수 있다고 믿습니다. 자기장 없이 카이랄 전자를 조작하는 능력은 스핀 기반 트랜지스터 및 메모리 장치와 같은 고급 전자 부품 개발에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.

이 기술의 잠재력을 탐구하고 유사한 양자 기하학적 특성을 나타내는 다른 물질을 식별하기 위한 추가 연구가 진행 중입니다. 연구팀은 또한 카이랄 분리 효율성을 개선하고 다양한 스핀트로닉스 장치에서 잠재적인 응용 분야를 탐구하기 위해 장치 설계를 최적화하는 데 주력하고 있습니다.