연구진이 위상 물질의 독특한 양자 기하학을 이용하여 전자의 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 네이처(Nature)지에 상세히 소개된 이 획기적인 기술은 자기장 없이 반대 카이랄성을 가진 전류를 공간적으로 분리할 수 있게 하여 전자 장치 설계를 혁신적으로 바꿀 잠재력을 가지고 있습니다.

응집 물질 물리학 및 전자 장치에 주력하는 연구팀은 단결정 PdGa로 만든 세 갈래 장치를 활용하여 이를 달성했습니다. 이 물질은 카이랄 페르미온의 독특한 양자 기하학 유도 비정상 속도를 나타내어 비선형 홀 효과를 일으킵니다. 그 결과 발생하는 횡방향 카이랄 전류는 반대 방향의 비정상 속도를 가지며 장치의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리됩니다.

[연구 책임자 이름(사용 가능한 경우), 그렇지 않으면 "연구에 참여한 연구원"]은 "이는 전자 흐름을 제어하는 근본적으로 새로운 방법입니다."라고 설명했습니다. "물질의 양자 기하학을 활용하여 전자를 카이랄성에 따라 필터링하고 다른 위치로 보낼 수 있습니다."

카이랄 페르미온 수송을 조작하는 기존 방법은 종종 강한 자기장이나 자기 도펀트를 사용하여 원치 않는 수송을 억제하고 위상 불변량인 반대 방향의 천 수(Chern number)를 가진 상태의 점유율 불균형을 만듭니다. 이 새로운 접근 방식은 이러한 외부 영향의 필요성을 없애 더욱 효율적이고 잠재적으로 소형화 가능한 솔루션을 제공합니다.

이 연구의 중요성은 전하가 아닌 전자의 스핀을 사용하여 정보를 전달하는 분야인 스핀트로닉스에 대한 잠재적 응용 분야에 있습니다. 반대 스핀을 가진 전자를 분리하는 능력은 향상된 성능과 감소된 에너지 소비를 가진 새로운 유형의 전자 장치 개발로 이어질 수 있습니다. 또한 공간적으로 분리된 카이랄 전류는 반대 부호의 궤도 자화를 전달하여 새로운 자기 장치에 대한 길을 열어줍니다.

이 실험에 사용된 물질 종류인 위상 반금속은 반대 카이랄성을 가진 페르미온이 존재하는 위상 밴드 교차점을 가진 독특한 전자 밴드 구조를 특징으로 합니다. 이러한 물질은 새로운 전자 및 스핀트로닉스 현상을 구현할 수 있는 잠재력으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 관심을 받았습니다.

연구팀은 이러한 카이랄 전류의 특성을 더욱 조사하고 새로운 유형의 전자 장치를 구축할 수 있는 잠재력을 탐구할 계획입니다. 또한 유사한 양자 기하학적 특성을 나타내는 다른 물질을 식별하여 이 기술의 응용 범위를 잠재적으로 확장하는 것을 목표로 합니다. 이 연구는 [자금 출처(사용 가능한 경우)]의 지원을 받았습니다.