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 materiais topológicos. Este avanço, detalhado em uma publicação recente na Nature, permite a separação espacial de correntes com quiralidades fermiônicas opostas sem a necessidade de campos magnéticos, revolucionando potencialmente o design de dispositivos eletrônicos.

A equipe, cujo trabalho se concentra no semimetal topológico multifacetado PdGa, demonstrou que a geometria quântica do material pode ser aproveitada para filtrar férmions, partículas elementares como elétrons, em distintos estados polarizados pelo número de Chern. O número de Chern é um invariante topológico que caracteriza a estrutura de bandas de um material. Este processo de filtragem leva à separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas, um fenômeno observado através da interferência quântica.

"Esta pesquisa abre novos caminhos para projetar dispositivos eletrônicos que explorem as propriedades intrínsecas dos materiais quânticos", disse [Lead Researcher Name], um(a) [Researcher Title] na(o) [Institution]. "Ao manipular a geometria quântica desses materiais, podemos controlar o fluxo de elétrons de maneiras sem precedentes."

Os métodos tradicionais para manipular o transporte fermiônico quiral geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos, o que pode ser impraticável e introduzir complexidades indesejadas. A nova abordagem contorna essas limitações utilizando a geometria quântica inerente do material.

Os pesquisadores fabricaram dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Eles observaram que a geometria quântica induzia velocidades anômalas em férmions quirais, resultando em um efeito Hall não linear. Este efeito separou espacialmente as correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo. Essas correntes quirais, existentes em estados de número de Chern opostos, também exibem magnetizações orbitais com sinais opostos.

As implicações desta pesquisa são significativas para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e spintrônicos avançados. Ao permitir o controle e a manipulação precisos de correntes quirais, o novo método pode levar a componentes eletrônicos mais eficientes e com economia de energia. Além disso, a capacidade de separar correntes quirais sem campos magnéticos abre possibilidades para a criação de dispositivos menos suscetíveis a interferências externas.

"A capacidade de controlar o fluxo de elétrons com base na quiralidade é um grande passo em frente", comentou [Expert Name], um(a) [Expert Title] na(o) [Other Institution], que não estava envolvido(a) no estudo. "Esta pesquisa pode abrir caminho para novos tipos de dispositivos quânticos com funcionalidade aprimorada."

A equipe de pesquisa planeja investigar mais a fundo o potencial da geometria quântica em outros materiais topológicos e explorar suas aplicações em vários dispositivos eletrônicos. Eles também estão trabalhando no aumento da escala do processo de fabricação para tornar a tecnologia mais acessível para aplicações industriais.