Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada à direção de seu spin, usando a geometria quântica de bandas topológicas em um material não magnético. Este avanço, detalhado em uma publicação recente na Nature, permite a separação espacial de correntes com quiralidades fermiônicas opostas e sua subsequente interferência quântica, tudo sem a necessidade de campos magnéticos ou dopantes magnéticos, que são normalmente necessários para tais manipulações.

A equipe de pesquisa, cujos membros são afiliados a várias instituições, demonstrou este fenômeno usando dispositivos fabricados a partir de PdGa monocristalino, moldado em uma geometria de três braços. O design exclusivo aproveita as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. Este efeito faz com que correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas se separem espacialmente nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de controlar o fluxo de elétrons", disse [Nome do Pesquisador Principal], um(a) [Título do Pesquisador] na(o) [Universidade/Instituição]. "Ao usar as propriedades quânticas inerentes do material, podemos manipular elétrons de maneiras que antes só eram possíveis com fortes campos magnéticos."

A importância desta descoberta reside em seu potencial para revolucionar dispositivos eletrônicos e espintrônicos. Os métodos atuais para manipular férmions quirais geralmente dependem de altos campos magnéticos, que consomem muita energia e podem limitar a miniaturização de dispositivos. O novo método oferece uma alternativa mais eficiente e escalável.

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 nos últimos anos devido às suas propriedades eletrônicas únicas. A inovação da equipe reside em sua capacidade de explorar a geometria quântica desses materiais para filtrar férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern. O número de Chern é um invariante topológico que caracteriza a estrutura de bandas eletrônicas.

As correntes quirais espacialmente separadas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, adicionando outra camada de controle e aplicações potenciais. A equipe observou a coerência de fase mesoscópica dessas correntes quirais, confirmando ainda mais a eficácia de seu método.

"A capacidade de separar e controlar correntes quirais sem campos magnéticos abre possibilidades empolgantes para novos tipos de dispositivos eletrônicos", explicou [Nome do Coautor], um(a) [Título do Coautor] na(o) [Universidade/Instituição]. "Prevemos aplicações em áreas como computação quântica, espintrônica e sensores."

Os pesquisadores estão atualmente trabalhando na otimização do design do dispositivo e explorando outros materiais com propriedades geométricas quânticas semelhantes. Eles acreditam que esta abordagem pode ser estendida a outros materiais topológicos, abrindo caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos baseados na geometria quântica. As próximas etapas envolvem uma investigação mais aprofundada das propriedades do material e otimização do dispositivo para melhorar o desempenho e explorar aplicações potenciais.