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

A equipe, cujos membros não foram individualmente nomeados no material de origem, alcançou isso fabricando dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Este material e design específicos aproveitam as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, resultando em um efeito Hall não linear. As correntes quirais transversais, que possuem velocidades anômalas opostas, são então separadas espacialmente nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de manipular elétrons", disse um pesquisador envolvido no estudo, de acordo com o artigo da Nature. "Ao usar as propriedades inerentes da geometria quântica do material, podemos filtrar elétrons por sua quiralidade e direcioná-los para diferentes locais."

Os semimetais topológicos, a classe de materiais utilizada nesta pesquisa, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de bandas topológicas. Tradicionalmente, a manipulação do transporte fermiônico quiral exigia fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos para superar efeitos de transporte indesejados e criar um desequilíbrio na ocupação de estados com números de Chern opostos. Esta nova abordagem ignora esses requisitos, oferecendo um método mais eficiente e potencialmente menos intensivo em energia.

A separação de correntes quirais também leva à separação de magnetizações orbitais com sinais opostos. Isso abre possibilidades para a criação de novos tipos de dispositivos espintrônicos, que utilizam o spin dos elétrons em vez de sua carga para armazenar e processar informações.

As implicações desta pesquisa são de longo alcance, impactando potencialmente o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais eficientes e compactos. A capacidade de controlar o fluxo de elétrons com base na quiralidade sem campos magnéticos pode levar a avanços em áreas como computação quântica, sensores e eletrônicos com eficiência energética.

Mais pesquisas estão em andamento para explorar todo o potencial desta válvula fermiônica quiral impulsionada pela geometria quântica e para investigar sua aplicabilidade a outros materiais topológicos. A equipe também está trabalhando no aumento da escala do processo de fabricação do dispositivo para torná-lo mais comercialmente viável.