연구진은 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 Nature지에 상세히 게재된 이 획기적인 기술은 자기장 없이 반대 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리할 수 있게 하여 전자 장치 설계를 혁신할 가능성이 있습니다.

여러 기관에 소속된 연구팀은 단결정 팔라듐 갈륨(PdGa)으로 만든 장치를 사용하여 세 갈래 구조에서 이러한 현상을 입증했습니다. 그들은 물질의 전자 밴드의 양자 기하학이 카이랄 페르미온에 비정상적인 속도를 유도하여 비선형 홀 효과를 일으키는 것을 관찰했습니다. 이 효과는 반대 방향의 비정상적인 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류를 장치의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리합니다.

[Institution Name]의 [Researcher Title]인 [Lead Researcher Name]은 "이것은 전자를 조작하는 완전히 새로운 방법입니다."라며 "물질의 고유한 양자 기하학을 활용하여 전자를 카이랄성에 따라 필터링하여 새로운 유형의 전자 장치에 대한 가능성을 열 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 연구에 사용된 물질 종류인 위상 반금속은 위상 밴드 교차점에서 반대 카이랄성을 가진 페르미온을 보유합니다. 전통적으로 카이랄 페르미온 수송을 조작하려면 원치 않는 수송을 억제하고 반대되는 천 수(Chern number)를 가진 상태의 점유율 불균형을 생성하기 위해 강한 자기장 또는 자기 도핑이 필요했습니다. 새로운 방법은 위상 밴드의 양자 기하학을 활용하여 페르미온을 카이랄성에 따라 필터링하여 뚜렷한 천 수 편극 상태로 만들어서 이러한 요구 사항을 우회합니다.

이 연구의 중요성은 보다 효율적이고 컴팩트한 전자 장치를 만들 수 있는 잠재력에 있습니다. 카이랄 전류의 공간적 분리는 새로운 유형의 센서, 스핀트로닉스 장치 및 양자 컴퓨팅 구성 요소 개발로 이어질 수 있습니다. 또한 자기장이 필요 없으므로 장치 제작이 간소화되고 에너지 소비가 줄어듭니다.

연구팀의 발견은 위상 물질의 비정상적인 속도에 대한 이전 연구를 기반으로 합니다. 전자 밴드의 양자 기하학에 의해 유도된 이러한 속도는 전계가 가해질 때 전자가 예상치 못한 방향으로 이동하게 합니다. 연구자들은 장치 기하학과 물질 조성을 신중하게 설계하여 이러한 비정상적인 속도를 활용하여 카이랄 전류를 분리할 수 있었습니다.

반대되는 천 수 상태에서 이러한 카이랄 전류의 중간 규모 위상 결맞음은 반대 부호를 가진 궤도 자화를 전달합니다. 이는 시스템에 또 다른 복잡성과 잠재적 기능을 추가합니다.

향후 연구는 유사한 양자 기하학적 특성을 가진 다른 물질을 탐색하고 특정 응용 분야에 맞게 장치 설계를 최적화하는 데 중점을 둘 것입니다. 연구팀은 또한 이 기술을 사용하여 새로운 유형의 양자 센서 및 컴퓨팅 장치를 만들 가능성을 조사할 계획입니다.