연구진은 위상 물질의 고유한 양자 기하학을 이용하여 스핀과 관련된 특성인 카이랄성에 따라 전자를 분리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 최근 Nature지에 상세히 발표된 이 획기적인 기술은 기존 접근 방식에서 흔히 요구되었던 자기장 없이도 반대 페르미온 카이랄성을 갖는 전류를 공간적으로 분리할 수 있게 합니다.

연구팀은 단결정 PdGa로 3개의 팔 구조를 가진 소자를 제작하여 이를 달성했습니다. 특정 배열은 카이랄 페르미온의 양자 기하학 유도 비정상 속도를 활용하여 비선형 홀 효과를 발생시킵니다. 이 효과는 반대 방향의 비정상 속도를 갖는 횡방향 카이랄 전류를 소자의 바깥쪽 팔로 공간적으로 분리합니다. 반대 부호의 천(Chern) 수 상태로 존재하는 이러한 카이랄 전류는 반대 부호의 궤도 자화도 전달합니다.

[기관 이름]의 [연구원 직책]인 [주요 연구원 이름]은 "이것은 전자 흐름을 제어하는 완전히 새로운 방식입니다."라며 "물질의 고유한 양자 특성을 이용하여 카이랄성에 따라 전자를 필터링하고 다른 위치로 보낼 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 연구의 중요성은 전자 및 스핀트로닉스 소자를 혁신할 수 있는 잠재력에 있습니다. 카이랄 페르미온을 조작하는 기존 방법은 종종 강력한 자기장이나 자기 도펀트에 의존하는데, 이는 에너지 집약적이고 원치 않는 효과를 유발할 수 있습니다. 이 새로운 접근 방식은 전자 흐름을 보다 효율적이고 정확하게 제어할 수 있는 방법을 제공하여 더 작고 빠르며 에너지 효율적인 소자로 이어질 수 있습니다.

이 실험에 사용된 물질 부류인 위상 반금속은 위상 띠 교차점에서 반대 카이랄성을 갖는 페르미온을 포함합니다. 이러한 물질은 고유한 전자 특성과 기술 응용 가능성으로 인해 최근 몇 년 동안 상당한 주목을 받았습니다. 전자 파동 함수의 모양과 곡률을 설명하는 개념인 이러한 물질의 양자 기하학은 관찰된 효과에서 중요한 역할을 합니다.

연구팀은 양자 간섭 패턴을 관찰하여 반대 페르미온 카이랄성을 갖는 전류의 실제 공간 분리를 확인했습니다. 이 관찰은 방법의 효과에 대한 직접적인 증거를 제공합니다.

[공동 저자 기관]의 [공동 저자 직책]인 [공동 저자 이름]은 "자기장 없이 카이랄 전류를 분리하는 능력은 새로운 유형의 전자 소자에 대한 흥미로운 가능성을 열어줍니다."라며 "우리는 양자 컴퓨팅, 스핀트로닉스 및 센서와 같은 분야에서 응용 분야를 구상하고 있습니다."라고 설명했습니다.

연구진은 현재 소자 설계를 최적화하고 유사한 위상 특성을 가진 다른 물질을 탐색하고 있습니다. 그들은 이 접근 방식이 다른 위상 물질로 확장되어 차세대 카이랄 전자 소자를 위한 길을 열 수 있다고 믿습니다. 추가 연구는 이 방법의 한계를 이해하고 기존 전자 기술에 통합할 수 있는 잠재력을 탐색하는 데 초점을 맞출 것입니다.