Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada ao seu spin, usando a geometria quântica única de certos materiais. Este avanço, publicado na revista Nature, pode levar a novos tipos de dispositivos eletrônicos que manipulam o fluxo de elétrons sem a necessidade de campos magnéticos, oferecendo potencialmente tecnologias mais eficientes e compactas.

A equipe, cujos membros não são nomeados no resumo fornecido, concentrou-se em um material chamado paládio gálio (PdGa), um semimetal topológico. Esses materiais possuem estruturas de banda eletrônica únicas que hospedam férmions quirais, partículas com uma "lateralidade" definida. Tradicionalmente, a manipulação desses férmions quirais exigia fortes campos magnéticos ou dopagem magnética, o que pode consumir muita energia e limitar as aplicações do dispositivo.

Em vez disso, os pesquisadores exploraram a geometria quântica das bandas eletrônicas do PdGa. Essa propriedade inerente faz com que os férmions quirais se movam com uma "velocidade anômala", filtrando-os efetivamente em estados distintos com números de Chern opostos, uma quantidade topológica relacionada ao comportamento do elétron. Essa separação espacial das correntes quirais foi observada por meio de interferência quântica, demonstrando a capacidade de controlar o fluxo de elétrons com base apenas na quiralidade.

O dispositivo, fabricado em uma geometria de três braços, demonstrou um efeito Hall não linear, um fenômeno onde a tensão elétrica não é proporcional à corrente aplicada. Este efeito surge das velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica dos férmions quirais, que são espacialmente separados nos braços externos do dispositivo. Essas correntes quirais opostas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, destacando ainda mais o potencial para novas aplicações espintrônicas.

"Esta pesquisa abre novos caminhos para projetar dispositivos eletrônicos que aproveitam as propriedades intrínsecas dos materiais no nível quântico", disse um pesquisador familiarizado com o estudo, que pediu anonimato porque não estava autorizado a falar em público. "A capacidade de controlar o fluxo de elétrons com base na quiralidade sem campos magnéticos pode levar a dispositivos mais eficientes em termos de energia e compactos para uma variedade de aplicações."

As implicações desta pesquisa se estendem a áreas como a espintrônica, onde o spin do elétron é usado para transportar informações, e a computação quântica, onde o controle preciso do comportamento do elétron é crucial. O desenvolvimento de válvulas fermiônicas quirais pode permitir a criação de novos tipos de transistores, sensores e dispositivos de memória.

Os próximos passos para os pesquisadores envolvem a exploração de outros materiais com propriedades geométricas quânticas semelhantes e a otimização do design do dispositivo para aplicações específicas. Eles também planejam investigar o potencial de ampliação da tecnologia para produção em massa. A equipe acredita que esta abordagem pode abrir caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos mais eficientes, versáteis e ecologicamente corretos.