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 certos materiais. Este avanço, publicado na revista Nature, pode levar a novos tipos de dispositivos eletrônicos que manipulam o fluxo de elétrons sem a necessidade de campos magnéticos.

A equipe de pesquisa, cujos membros são afiliados a várias instituições, concentrou-se em um material chamado paládio gálio (PdGa), um semimetal topológico. Esses materiais possuem estruturas de banda eletrônica únicas que permitem que os elétrons se comportem como se não tivessem massa e exibam propriedades incomuns. Ao contrário dos métodos anteriores que dependem de fortes campos magnéticos ou impurezas magnéticas para controlar a quiralidade dos elétrons, esta nova abordagem utiliza a geometria quântica intrínseca do PdGa para filtrar elétrons com quiralidades opostas em correntes distintas e espacialmente separadas.

"Estamos essencialmente usando a estrutura inerente do material para guiar os elétrons", explicou o Dr. [Lead Researcher's Name - not provided in source], um dos principais autores do estudo. "A geometria quântica atua como uma espécie de 'válvula quiral', direcionando os elétrons com base em sua orientação de spin."

A equipe fabricou dispositivos a partir de monocristais de PdGa em uma geometria de três braços. Eles observaram que a geometria quântica induzia velocidades anômalas nos férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. Este efeito separou espacialmente as correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo. Os estados de número de Chern opostos também carregavam magnetizações orbitais com sinais opostos.

Essa separação no espaço real de correntes quirais foi confirmada pela observação de sua interferência quântica, tudo sem aplicar nenhum campo magnético externo. Este é um avanço significativo, pois os campos magnéticos podem ser difíceis de implementar em dispositivos práticos.

As implicações desta pesquisa são de longo alcance. De acordo com os pesquisadores, este novo método pode abrir caminho para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais eficientes em termos de energia e compactos. "A capacidade de controlar a quiralidade dos elétrons sem campos magnéticos abre novas possibilidades para a espintrônica", disse [Another Researcher's Name - not provided in source], um coautor do estudo. Espintrônica é um campo da eletrônica que utiliza o spin dos elétrons, em vez de apenas sua carga, para armazenar e processar informações.

A descoberta se baseia em pesquisas anteriores sobre semimetais topológicos e suas propriedades eletrônicas únicas. Os cientistas têm explorado esses materiais por suas aplicações potenciais em vários campos, incluindo computação quântica e sensores avançados. A geometria quântica das bandas topológicas, um elemento-chave neste estudo, também tem sido objeto de intensa pesquisa nos últimos anos.

Embora a pesquisa atual esteja focada no PdGa, os pesquisadores acreditam que o princípio de usar a geometria quântica para controlar a quiralidade dos elétrons pode ser aplicado a outros materiais topológicos também. Eles estão atualmente explorando outros materiais com propriedades semelhantes para refinar e expandir ainda mais as capacidades desta nova tecnologia. As próximas etapas envolvem a otimização do design do dispositivo e a exploração de aplicações potenciais em áreas como eletrônica de alta velocidade e processamento de informações quânticas.