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, permite a separação espacial de correntes com quiralidades opostas sem a necessidade de campos magnéticos, potencialmente revolucionando o design de dispositivos eletrônicos.

A equipe, cujos membros são afiliados a várias instituições, demonstrou este fenômeno usando dispositivos feitos de paládio gálio monocristalino (PdGa) em uma geometria de três braços. Eles observaram que a geometria quântica das bandas eletrônicas do material induziu velocidades anômalas em férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. Este efeito separa espacialmente as correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de manipular elétrons", disse [Lead Researcher Name], um [Researcher Title] no [Institution Name]. "Ao explorar a geometria quântica intrínseca do material, podemos filtrar elétrons por sua quiralidade, abrindo possibilidades para novos tipos de dispositivos eletrônicos."

Os semimetais topológicos, a classe de materiais utilizada no estudo, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de bandas topológicas. Tradicionalmente, a manipulação do transporte fermiônico quiral exigia fortes campos magnéticos ou dopagem magnética para suprimir o transporte indesejado e criar um desequilíbrio na ocupação de estados com números de Chern opostos. O novo método contorna este requisito, utilizando a geometria quântica das bandas topológicas para filtrar férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern.

A importância desta pesquisa reside no seu potencial para criar dispositivos eletrônicos mais eficientes e compactos. A separação espacial de correntes quirais pode levar ao desenvolvimento de novos tipos de sensores, dispositivos espintrônicos e componentes de computação quântica. Além disso, a ausência da necessidade de campos magnéticos simplifica a fabricação do dispositivo e reduz o consumo de energia.

As descobertas da equipe se baseiam em pesquisas anteriores sobre velocidades anômalas em materiais topológicos. Essas velocidades, induzidas pela geometria quântica das bandas eletrônicas, fazem com que os elétrons se movam em direções inesperadas quando sujeitos a um campo elétrico. Ao projetar cuidadosamente a geometria do dispositivo e a composição do material, os pesquisadores foram capazes de aproveitar essas velocidades anômalas para separar as correntes quirais.

A coerência de fase mesoscópica dessas correntes quirais em estados de número de Chern opostos também carrega magnetizações orbitais com sinais opostos. Isso adiciona outra camada de complexidade e funcionalidade potencial ao sistema.

Pesquisas futuras se concentrarão na exploração de outros materiais com propriedades geométricas quânticas semelhantes e na otimização de projetos de dispositivos para aplicações específicas. A equipe também planeja investigar o potencial de uso desta tecnologia para criar novos tipos de sensores quânticos e dispositivos de computação.