연구진이 자기장 없이 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 네이처지에 상세히 소개된 이 획기적인 기술은 팔라듐 갈륨(PdGa)이라는 물질의 위상 밴드의 양자 기하학을 활용하여 전자와 같은 입자인 페르미온을 Chern 수(위상적 양)에 의해 편극된 고유한 상태로 필터링합니다.

네이처지에 이름과 소속이 기재된 연구팀은 양자 간섭을 관찰하여 반대 페르미온 카이랄성을 가진 전류의 실제 공간 분리를 입증했습니다. 이는 단결정 PdGa로 제작된 세 갈래 구조의 장치를 사용하여 달성되었습니다. 이 물질의 독특한 구조는 카이랄 페르미온에 비정상적인 속도를 유도하여 비선형 홀 효과를 일으킵니다.

연구에 따르면 반대 방향의 비정상적인 속도를 갖는 결과적인 횡방향 카이랄 전류는 장치의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리됩니다. 반대 Chern 수 상태에 존재하는 이러한 카이랄 전류는 반대 부호의 궤도 자화도 전달합니다. 이러한 전류의 중간 규모 위상 결맞음은 양자 간섭 효과의 관찰을 가능하게 하여 카이랄 페르미온의 분리를 더욱 검증합니다.

위상 시스템에서 카이랄 페르미온 수송을 조작하는 기존 방법은 종종 강한 자기장 또는 자기 도펀트에 의존합니다. 이러한 방법은 원치 않는 수송을 억제하고 반대 Chern 수를 가진 상태의 점유율 불균형을 생성하는 데 사용됩니다. 새로운 접근 방식은 물질의 고유한 양자 기하학을 활용하여 이러한 요구 사항을 우회합니다.

이 연구의 결과는 새로운 전자 및 스핀트로닉 장치 개발에 중요한 의미를 갖습니다. 자기장 없이 카이랄 페르미온의 흐름을 제어하는 방법을 제공함으로써 이 발견은 보다 에너지 효율적이고 컴팩트한 장치로 가는 문을 열어줍니다. 향후 연구는 유사한 양자 기하학적 특성을 가진 다른 물질을 탐색하고 특정 응용 분야에 맞게 장치 설계를 최적화하는 데 집중될 것입니다.