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

A equipe, cujos membros não são nomeados no resumo fornecido, alcançou isso fabricando dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. Essa geometria específica aproveita as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear. As correntes quirais transversais resultantes, que possuem velocidades anômalas opostas, são então separadas espacialmente nos braços externos do dispositivo.

"Esta pesquisa demonstra a possibilidade de manipular elétrons com base em suas propriedades quânticas intrínsecas, abrindo novos caminhos para dispositivos eletrônicos avançados", disse uma declaração incluída no resumo.

A importância desta pesquisa reside em sua divergência dos métodos tradicionais de separação quiral, que geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos. Esses métodos podem ser limitantes devido ao seu consumo de energia e potencial interferência no desempenho do dispositivo. A nova abordagem, utilizando a geometria quântica, oferece uma maneira mais eficiente em termos de energia e potencialmente mais precisa de controlar o fluxo de elétrons.

Os semimetais topológicos, os materiais usados ​​neste experimento, são caracterizados por estruturas de bandas eletrônicas únicas, apresentando pontos onde as bandas se cruzam. Esses cruzamentos hospedam férmions com quiralidades opostas. A geometria quântica dessas bandas desempenha um papel crucial na filtragem de férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern, que são essenciais para o processo de separação.

A equipe observou a interferência quântica dessas correntes quirais separadas, confirmando ainda mais a eficácia de seu método. Essa observação foi feita na ausência de qualquer campo magnético, destacando o potencial para a criação de dispositivos eletrônicos mais eficientes e menos intensivos em energia.

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos, incluindo a espintrônica e a computação quântica. A capacidade de controlar e manipular correntes quirais pode levar ao desenvolvimento de novos tipos de dispositivos eletrônicos com funcionalidades aprimoradas. Pesquisas futuras se concentrarão na otimização do design do dispositivo e na exploração de outros materiais topológicos para aumentar a eficiência da separação e expandir a gama de aplicações.