Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada ao seu spin, usando a geometria quântica de bandas topológicas em um material não magnético. A descoberta, detalhada em um artigo recente na Nature, abre caminho para novos dispositivos eletrônicos que manipulam o fluxo de elétrons sem a necessidade de campos magnéticos, um requisito comum na espintrônica.

A equipe, cujos membros não são nomeados no material de origem fornecido, alcançou essa separação em dispositivos feitos de paládio gálio monocristalino (PdGa) configurados em uma geometria de três braços. Esse arranjo específico permitiu a observação de velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. As correntes quirais transversais resultantes, que possuem velocidades anômalas opostas, foram espacialmente separadas nos braços externos do dispositivo.

Essa separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas foi demonstrada pela observação de sua interferência quântica, um fenômeno que destaca a natureza ondulatória dos elétrons, sem a influência de qualquer campo magnético externo. Este é um afastamento significativo dos métodos tradicionais que dependem de campos magnéticos ou dopantes magnéticos para controlar o transporte quiral em sistemas topológicos.

Os semimetais topológicos, a classe de materiais utilizada nesta pesquisa, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de bandas topológicas. Esses materiais têm atraído atenção significativa na física da matéria condensada devido às suas propriedades eletrônicas únicas. A capacidade de manipular essas propriedades por meio da geometria quântica abre novos caminhos para projetar dispositivos eletrônicos e espintrônicos.

A importância desta pesquisa reside no potencial de criar dispositivos eletrônicos mais eficientes em termos de energia e compactos. Os dispositivos espintrônicos atuais geralmente exigem campos magnéticos fortes, que consomem energia e podem ser difíceis de miniaturizar. Ao utilizar a geometria quântica intrínseca de materiais como o PdGa, os pesquisadores podem potencialmente superar essas limitações.

A pesquisa também destaca a conexão entre quiralidade, magnetização orbital e número de Chern. As correntes quirais em estados de número de Chern opostos, que são invariantes topológicos que caracterizam a estrutura de bandas eletrônicas, também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos. Essa interação entre diferentes propriedades quânticas pode levar a novas descobertas e aplicações no campo dos materiais topológicos.

Mais pesquisas são necessárias para explorar todo o potencial desta tecnologia e para identificar outros materiais que exibam separação quiral induzida por geometria quântica semelhante. As descobertas da equipe representam um avanço significativo no desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos baseados nos princípios da mecânica quântica e da ciência dos materiais.