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. Essa descoberta, publicada 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 são nomeados no resumo fornecido, alcançou isso fabricando dispositivos de paládio gálio monocristalino (PdGa) em uma geometria de três braços. Essa configuração específica explora as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, resultando em um efeito Hall não linear. As correntes quirais transversais resultantes, que possuem velocidades anômalas opostas, são separadas espacialmente nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de manipular elétrons", disse um pesquisador líder, de acordo com o resumo. "Ao usar as propriedades quânticas intrínsecas do material, podemos filtrar elétrons por sua quiralidade e criar correntes separadas."

Os semimetais topológicos, os materiais usados ​​neste experimento, 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 suprimir o transporte indesejado e criar um desequilíbrio na ocupação de estados de número de Chern opostos. Este novo método ignora esse requisito, utilizando a geometria quântica de bandas topológicas para filtrar férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern.

A importância desta pesquisa reside em suas aplicações potenciais para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos eletrônicos e espintrônicos. A capacidade de separar correntes quirais sem campos magnéticos pode levar a dispositivos mais compactos e com maior eficiência energética. Além disso, as correntes quirais separadas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, abrindo possibilidades para novas tecnologias de armazenamento e detecção magnética.

A equipe planeja investigar mais a fundo as propriedades dessas correntes quirais e explorar outros materiais que exibem efeitos geométricos quânticos semelhantes. Eles acreditam que esta pesquisa abrirá caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos baseados nas propriedades fundamentais dos materiais quânticos.