연구진은 학술지 Nature에 발표된 새로운 연구에 따르면 특정 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 자기장이 필요 없는 이 획기적인 기술은 전자 장치 및 스핀트로닉스 분야의 발전을 이끌 수 있습니다.

출처 자료에 이름이 명시되지 않은 연구팀은 카이랄 페르미온(정해진 방향성을 가진 입자)을 보유한 위상 반금속인 팔라듐 갈륨(PdGa)이라는 물질에 집중했습니다. 이러한 페르미온은 물질의 전자 밴드가 교차하는 지점에 존재하며 반대 카이랄성을 가집니다. 전통적으로 이러한 카이랄 페르미온을 조작하려면 강한 자기장이나 자기 도핑을 통해 위상학적 특성인 서로 다른 천 수(Chern number)를 가진 상태의 점유율에 불균형을 조성해야 했습니다.

그러나 이 새로운 연구는 PdGa 전자 밴드의 양자 기하학을 활용하여 페르미온을 카이랄성에 따라 서로 다른 천 수 편극 상태로 필터링합니다. 이를 통해 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리할 수 있으며, 연구진은 자기장 없이 양자 간섭을 관찰하여 이러한 현상을 입증했습니다.

연구진은 단결정 PdGa로 세 갈래 구조의 소자를 제작했습니다. 이 소자는 카이랄 페르미온의 양자 기하학 유도 비정상 속도를 나타내어 비선형 홀 효과를 일으켰습니다. 반대 비정상 속도를 가진 횡방향 카이랄 전류는 소자의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리되었습니다. 반대 천 수 상태의 이러한 카이랄 전류는 또한 반대 부호의 궤도 자화를 전달합니다.

출처 자료에 이름이 명시되지 않은 연구 책임자는 "이것은 카이랄 페르미온을 제어하는 완전히 새로운 방법입니다."라며 "물질의 양자 기하학을 사용하여 외부 자기장 없이 이러한 입자를 분리할 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 발견은 새로운 전자 및 스핀트로닉스 장치 개발에 중요한 의미를 갖습니다. 전하 대신 전자의 스핀을 활용하는 스핀트로닉스는 더 빠르고 에너지 효율적인 전자기기를 약속합니다. 자기장 없이 카이랄 페르미온을 조작하는 능력은 더 작고 효율적인 스핀트로닉스 장치로 이어질 수 있습니다.

PdGa와 같은 위상 반금속은 밴드 구조 위상에서 비롯된 고유한 전자적 특성을 가진 물질입니다. 이러한 물질은 새로운 전자 장치에 대한 잠재력으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 관심을 받았습니다. 전자 밴드의 모양과 곡률을 설명하는 이러한 물질의 양자 기하학은 이제 전자적 특성을 제어하는 핵심 요소로 부상하고 있습니다.

연구진은 이러한 카이랄 전류의 특성을 추가로 조사하고 다양한 전자 장치에서의 잠재적 응용 분야를 탐색할 계획입니다. 또한 카이랄 페르미온을 조작하는 데 사용할 수 있는 유사한 양자 기하학적 특성을 가진 다른 물질을 식별하기를 희망합니다.