연구진은 비자성 물질 내 위상 밴드의 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 네이처지에 상세히 소개된 이 획기적인 기술은 일반적으로 이러한 제어에 필요한 자기장 없이 전자 흐름을 조작하는 새로운 전자 장치 개발의 길을 열어줍니다.

제공된 초록에는 이름이 명시되지 않은 연구팀은 단결정 팔라듐 갈륨(PdGa)으로 3각 구조의 장치를 제작했습니다. 이 장치는 양자 기하학으로 유도된 카이랄 페르미온의 비정상 속도 때문에 전기 전류가 인가된 전압에 비례하지 않는 현상인 비선형 홀 효과를 나타냈습니다. 이로 인해 반대 방향의 비정상 속도를 갖는 횡방향 카이랄 전류가 장치의 외부 암(arm)으로 공간적으로 분리되었습니다.

연구 저자들은 "이를 통해 반대 방향의 페르미온 카이랄성을 갖는 전류를 실제 공간에서 분리할 수 있으며, 자기장 없이 양자 간섭을 관찰하여 이를 입증했습니다."라고 밝혔습니다.

이 연구에 사용된 물질인 위상 반금속은 위상 밴드 교차점에서 반대 방향의 카이랄성을 갖는 페르미온을 보유합니다. 전통적으로 이러한 시스템에서 카이랄 페르미온 수송을 제어하려면 원치 않는 수송을 억제하고 서로 다른 천 수(Chern number, 전자의 양자 역학적 위상과 관련된 위상학적 특성)를 갖는 상태의 점유율 불균형을 생성하기 위해 강한 자기장 또는 자성 도펀트가 필요했습니다. 이 새로운 접근 방식은 위상 밴드의 양자 기하학을 활용하여 카이랄성에 따라 페르미온을 필터링하여 뚜렷한 천 수 편극 상태로 만들어 더욱 효율적이고 잠재적으로 에너지 집약도가 낮은 방법을 제공합니다.

이 연구의 의미는 첨단 전자 및 스핀트로닉 장치의 개발로 확장됩니다. 자기장 없이 카이랄성에 따라 전자를 분리함으로써 새로운 유형의 센서, 스위치 및 기타 전자 부품을 만들 수 있습니다. 또한 분리된 카이랄 전류는 반대 부호의 궤도 자화를 전달하여 나노 스케일에서 자기적 특성을 조작할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

연구진은 향후 연구에서 장치 설계를 최적화하고 유사한 위상학적 특성을 가진 다른 물질을 탐색하여 이 카이랄 페르미온 밸브의 성능을 더욱 향상시키고 적용 범위를 넓히는 데 집중할 것이라고 밝혔습니다. 이 기술에서 자기장이 없다는 것은 더 작고, 더 빠르며, 에너지 효율적인 전자 장치로 이어질 수 있습니다.