Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada ao seu spin, sem a necessidade de campos magnéticos. A inovação, detalhada em uma publicação recente na Nature, utiliza a geometria quântica de bandas topológicas em um material chamado paládio gálio (PdGa) para filtrar e direcionar elétrons com quiralidades opostas em caminhos distintos e espacialmente separados.

Esta nova abordagem supera as limitações de métodos anteriores que dependiam de fortes campos magnéticos ou dopagem magnética para controlar o transporte fermiônico quiral, de acordo com o estudo. Ao explorar as propriedades quânticas inerentes do material, a equipe alcançou a separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas e observou sua interferência quântica.

A equipe de pesquisa fabricou dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Esses dispositivos exibiram velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. As correntes quirais transversais resultantes, possuindo velocidades anômalas opostas, foram espacialmente separadas nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira fundamentalmente nova de controlar o fluxo de elétrons", disse [Nome do Pesquisador Principal, se disponível, caso contrário, use um espaço reservado como "um pesquisador líder do projeto"], "[Citação sobre a importância da pesquisa, por exemplo, 'Isso abre possibilidades para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais eficientes em termos de energia e compactos.']"

A separação de correntes quirais também leva à separação de magnetizações orbitais com sinais opostos, adicionando outra dimensão ao controle do comportamento do elétron.

Os semimetais topológicos, a classe de materiais a que o PdGa pertence, 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 férmions quirais dentro desses materiais pode levar a avanços em dispositivos eletrônicos e espintrônicos.

As descobertas da equipe sugerem aplicações potenciais no desenvolvimento de novos tipos de dispositivos eletrônicos que exploram as propriedades únicas dos férmions quirais. Pesquisas futuras se concentrarão na otimização do design do dispositivo e na exploração de outros materiais com propriedades geométricas quânticas semelhantes. Os pesquisadores acreditam que este trabalho pode abrir caminho para dispositivos eletrônicos mais eficientes e compactos que utilizem o spin dos elétrons, além de sua carga.