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, abre caminho para novos dispositivos eletrônicos que manipulam o fluxo de elétrons sem a necessidade de campos magnéticos, potencialmente levando a tecnologias mais eficientes e compactas.

A equipe, cujos membros não são nomeados no material de origem fornecido, demonstrou este efeito usando um dispositivo de três braços feito de paládio gálio monocristalino (PdGa). Este material é um semimetal topológico, o que significa que possui propriedades eletrônicas únicas decorrentes de sua estrutura de bandas. Esses materiais hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de bandas topológicas. Ao contrário dos métodos anteriores que dependem de fortes campos magnéticos ou dopagem magnética para controlar o fluxo de elétrons, esta nova abordagem utiliza a geometria quântica intrínseca do material para filtrar elétrons por quiralidade em estados distintos.

De acordo com o estudo, a geometria quântica induz velocidades anômalas em férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. Este efeito separa espacialmente 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. A coerência de fase mesoscópica dessas correntes também foi observada.

A importância desta pesquisa reside em seu potencial para superar as limitações dos dispositivos espintrônicos existentes. A espintrônica, que utiliza o spin dos elétrons em vez de sua carga, oferece vantagens como menor consumo de energia e maiores velocidades de processamento de dados. No entanto, muitos dispositivos espintrônicos requerem campos magnéticos para manipular o spin dos elétrons, o que pode ser volumoso e consumir muita energia. Este novo método oferece uma maneira de controlar a quiralidade dos elétrons sem campos magnéticos, potencialmente levando a dispositivos espintrônicos menores e mais eficientes em termos de energia.

Os pesquisadores acreditam que esta descoberta pode ter um impacto significativo no desenvolvimento de futuras tecnologias eletrônicas. Ao aproveitar a geometria quântica de materiais topológicos, pode ser possível criar novos tipos de componentes eletrônicos, como filtros quirais e transistores baseados em spin, que são mais eficientes e versáteis do que os dispositivos atuais. Mais pesquisas são necessárias para explorar todo o potencial desta tecnologia e para desenvolver aplicações práticas.