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. Este avanço, detalhado em uma publicação recente na Nature, utiliza a geometria quântica de bandas topológicas em um material chamado Paládio Galídeo (PdGa) para filtrar e direcionar elétrons com quiralidades opostas em caminhos distintos.

A equipe de pesquisa, cujos membros não estavam imediatamente disponíveis para comentar, demonstrou este fenômeno fabricando dispositivos de PdGa em uma geometria de três braços. Esses dispositivos exibiram um efeito Hall não linear, um fenômeno onde a corrente elétrica não é diretamente proporcional à tensão aplicada. Este efeito surge das velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, levando à separação espacial de correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo.

Quiralidade, no contexto de elétrons, refere-se a uma "lateralidade", onde os elétrons podem ter uma orientação de spin para a esquerda ou para a direita em relação à sua direção de movimento. Separar elétrons com base na quiralidade tem aplicações potenciais em espintrônica, um campo que visa usar o spin dos elétrons, em vez de sua carga, para desenvolver novos dispositivos eletrônicos. Os métodos tradicionais para manipular elétrons quirais geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos, que podem consumir muita energia e introduzir efeitos indesejados.

O novo método supera essas limitações explorando a geometria quântica intrínseca das bandas eletrônicas em PdGa. Essa geometria quântica atua como um filtro, guiando elétrons com diferentes quiralidades em canais separados. As correntes quirais separadas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, aumentando ainda mais o potencial para aplicações espintrônicas.

A equipe observou padrões de interferência quântica, confirmando a separação de correntes quirais na ausência de qualquer campo magnético. Esta observação fornece evidências diretas da eficácia do filtro quiral baseado na geometria quântica.

Especialistas acreditam que esta descoberta pode abrir caminho para dispositivos espintrônicos mais eficientes em termos de energia e compactos. A capacidade de manipular elétrons quirais sem campos magnéticos abre novas possibilidades para o desenvolvimento de componentes eletrônicos avançados, como transistores baseados em spin e dispositivos de memória.

Mais pesquisas estão em andamento para explorar o potencial desta tecnologia e para identificar outros materiais que exibam propriedades geométrico-quânticas semelhantes. A equipe também está trabalhando na otimização do design do dispositivo para melhorar a eficiência da separação quiral e para explorar aplicações potenciais em vários dispositivos espintrônicos.