연구진이 위상 물질의 고유한 양자 기하학적 특성을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 성질인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. Nature 저널에 발표된 이 획기적인 연구는 자기장 없이도 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리할 수 있게 하여 전자 장치 설계에 혁신을 가져올 잠재력을 보여줍니다.

연구팀은 (출처 자료에 개별적으로 이름이 명시되지 않은) 단결정 PdGa로 3개의 팔 구조를 가진 장치를 제작하여 이를 달성했습니다. 이 특정 물질과 디자인은 카이랄 페르미온의 양자 기하학적 유도 비정상 속도를 활용하여 비선형 홀 효과를 발생시킵니다. 반대 방향의 비정상 속도를 갖는 횡방향 카이랄 전류는 장치의 외부 팔로 공간적으로 분리됩니다.

Nature 기사에 따르면 연구에 참여한 한 연구원은 "이것은 전자를 조작하는 완전히 새로운 방법입니다."라며 "물질의 양자 기하학적 고유한 특성을 사용하여 전자를 카이랄성에 따라 필터링하고 다른 위치로 보낼 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 연구에 사용된 물질 종류인 위상 반금속은 위상 띠 교차점에서 반대 카이랄성을 가진 페르미온을 가지고 있습니다. 전통적으로 카이랄 페르미온 수송을 조작하려면 원치 않는 수송 효과를 극복하고 반대되는 천 수(Chern number)를 가진 상태의 점유율 불균형을 만들기 위해 강한 자기장이나 자기 도펀트가 필요했습니다. 이 새로운 접근 방식은 이러한 요구 사항을 우회하여 보다 효율적이고 잠재적으로 에너지 집약도가 낮은 방법을 제공합니다.

카이랄 전류의 분리는 또한 반대 부호를 가진 궤도 자화의 분리로 이어집니다. 이는 정보를 저장하고 처리하기 위해 전하가 아닌 전자의 스핀을 활용하는 새로운 유형의 스핀트로닉스 장치를 만들 수 있는 가능성을 열어줍니다.

이 연구의 의미는 광범위하며, 보다 효율적이고 컴팩트한 전자 장치 개발에 영향을 미칠 잠재력이 있습니다. 자기장 없이 카이랄성에 따라 전자 흐름을 제어하는 ​​능력은 양자 컴퓨팅, 센서 및 에너지 효율적인 전자 제품과 같은 분야에서 발전을 가져올 수 있습니다.

이 양자 기하학 기반 카이랄 페르미온 밸브의 잠재력을 최대한 탐색하고 다른 위상 물질에 대한 적용 가능성을 조사하기 위한 추가 연구가 진행 중입니다. 연구팀은 또한 장치 제작 프로세스를 확장하여 상업적으로 더욱 실용적으로 만드는 데 주력하고 있습니다.