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, potencialmente revolucionando o design de dispositivos eletrônicos.

A equipe, cujo trabalho se concentra no semimetal topológico multifacetado PdGa, demonstrou que a geometria quântica das bandas eletrônicas 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 é uma maneira completamente nova de controlar o fluxo de elétrons", disse [Lead Researcher Name], [Researcher Title] no [Institution Name], e principal autor do estudo. "Ao utilizar a geometria quântica intrínseca do material, podemos manipular o comportamento dos elétrons sem campos magnéticos externos, o que abre possibilidades para dispositivos eletrônicos mais eficientes e compactos."

Os pesquisadores fabricaram dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Eles observaram que as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica dos férmions quirais resultaram 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 carregam magnetizações orbitais com sinais opostos.

Os métodos tradicionais para manipular o transporte fermiônico quiral em sistemas topológicos geralmente dependem de altos campos magnéticos ou dopantes magnéticos. Essas abordagens são usadas para suprimir o transporte trivial e criar um desequilíbrio na ocupação de estados de número de Chern opostos. O novo método ignora esses requisitos, oferecendo uma abordagem mais simplificada e com maior eficiência energética.

As implicações desta pesquisa se estendem ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e espintrônicos avançados. A capacidade de controlar e separar correntes quirais pode levar a novos tipos de sensores, transistores e dispositivos de memória. Além disso, o uso da geometria quântica como força motriz para a manipulação de elétrons pode abrir caminho para novas arquiteturas de computação quântica.

"Estamos apenas começando a explorar o potencial da geometria quântica na ciência dos materiais", acrescentou [Researcher Name]. "Este trabalho fornece uma base para projetar novos materiais e dispositivos com funcionalidades sem precedentes."

A equipe de pesquisa planeja investigar mais a fundo as propriedades dessas correntes quirais e explorar suas aplicações potenciais em vários campos tecnológicos. Eles também estão trabalhando no desenvolvimento de novos materiais com propriedades geométricas quânticas aprimoradas para melhorar ainda mais a eficiência e o desempenho desses dispositivos. O estudo foi apoiado por [Funding Source].