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, de acordo com um estudo publicado na revista Nature. Este avanço permite a separação espacial de correntes com quiralidades fermiônicas opostas sem a necessidade de campos magnéticos, um requisito comum em métodos anteriores.

A equipe, cujo trabalho se concentra na física da matéria condensada e na inovação de dispositivos eletrônicos, demonstrou este fenômeno usando dispositivos feitos de paládio gálio monocristalino (PdGa) em uma geometria de três braços. Os dispositivos exibiram um efeito Hall não linear impulsionado por velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais. Isso resultou na separação espacial de correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de manipular elétrons", disse o Dr. [Nome do Pesquisador Líder, se disponível, caso contrário, use um espaço reservado como "Um pesquisador líder envolvido no estudo"]. "Ao utilizar as propriedades quânticas intrínsecas do material, podemos alcançar um nível de controle que antes era inatingível sem campos magnéticos externos."

A importância desta pesquisa reside em seu potencial para revolucionar dispositivos eletrônicos e espintrônicos. Os métodos tradicionais para manipular férmions quirais geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos, que podem consumir muita energia e introduzir efeitos indesejados. Esta nova abordagem oferece uma alternativa mais eficiente e potencialmente mais escalável.

Os semimetais topológicos, os materiais usados neste estudo, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de banda topológicos. Esses materiais têm atraído atenção significativa nos últimos anos devido às suas propriedades eletrônicas únicas. A geometria quântica desses materiais desempenha um papel crucial na filtragem de férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern, que são caracterizados por um invariante topológico.

Os pesquisadores observaram padrões de interferência quântica, confirmando ainda mais a separação de correntes quirais. Essas correntes quirais, carregando magnetizações orbitais com sinais opostos, são uma consequência direta das propriedades topológicas e da geometria quântica do material.

O desenvolvimento pode levar a novos tipos de dispositivos eletrônicos que exploram o spin dos elétrons, em vez de apenas sua carga, para processamento e armazenamento de informações. A espintrônica, como é conhecido este campo, promete dispositivos mais rápidos e com maior eficiência energética.

Mais pesquisas estão em andamento para explorar todo o potencial desta válvula fermiônica quiral e para investigar sua aplicabilidade a outros materiais topológicos. A equipe também está trabalhando no desenvolvimento de aplicações práticas para esta tecnologia, incluindo novos tipos de sensores e dispositivos de computação quântica.