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 inovação, publicada na revista Nature, permite a separação espacial de correntes com quiralidades fermiônicas opostas sem a necessidade de campos magnéticos, o que pode revolucionar o design de dispositivos eletrônicos.

A equipe, cujas afiliações não estavam imediatamente disponíveis, alcançou isso fabricando dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Este material e configuração específicos exploram 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 líder no estudo. "Ao usar as propriedades inerentes da geometria quântica do material, podemos filtrar elétrons por sua quiralidade e direcioná-los para diferentes locais."

A importância desta pesquisa reside em seu afastamento dos métodos tradicionais de separação quiral, que geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos. Esses métodos podem consumir muita energia e introduzir complexidades indesejadas nos sistemas eletrônicos. A nova abordagem oferece uma alternativa mais eficiente e potencialmente mais escalável.

Materiais topológicos, como o PdGa, possuem propriedades eletrônicas únicas decorrentes de sua estrutura de bandas. Esses materiais hospedam férmions quirais em cruzamentos de bandas topológicas, o que significa que os elétrons se comportam como se tivessem uma "lateralidade" definida. A geometria quântica dessas bandas desempenha um papel crucial na influência do movimento desses férmions quirais.

As correntes quirais separadas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, abrindo possibilidades para dispositivos espintrônicos, que utilizam o spin dos elétrons para processamento e armazenamento de informações. Isso pode levar ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos mais rápidos e com maior eficiência energética.

Embora a pesquisa ainda esteja em seus estágios iniciais, as implicações são de longo alcance. A capacidade de controlar e manipular correntes quirais sem campos magnéticos pode levar a avanços em vários campos, incluindo computação quântica, sensores e outras aplicações eletrônicas. A equipe está atualmente trabalhando na exploração de outros materiais e geometrias de dispositivos para otimizar ainda mais o processo de separação quiral e explorar aplicações potenciais.