Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada ao seu spin, usando a geometria quântica de bandas topológicas em um material não magnético. Este avanço, detalhado em uma publicação recente na Nature, abre caminho para novos dispositivos eletrônicos que manipulam o fluxo de elétrons sem a necessidade de campos magnéticos, que são tipicamente necessários para tal controle.

A equipe, cujos membros não são nomeados no resumo fornecido, fabricou dispositivos de paládio gálio monocristalino (PdGa) em uma geometria de três braços. Esses dispositivos exibiram um efeito Hall não linear, um fenômeno onde a corrente elétrica não é proporcional à tensão aplicada, devido às velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica dos férmions quirais. Isso resultou na separação espacial de correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo.

"Isso permite a separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas", escreveram os autores do estudo, "o que demonstramos ao observar sua interferência quântica na ausência de qualquer campo magnético."

Os semimetais topológicos, os materiais usados nesta pesquisa, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de bandas topológicas. Tradicionalmente, o controle do transporte fermiônico quiral nesses sistemas exigia fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos para suprimir o transporte indesejado e criar um desequilíbrio na ocupação de estados com diferentes números de Chern, uma propriedade topológica relacionada à fase mecânica quântica do elétron. Esta nova abordagem utiliza a geometria quântica das bandas topológicas para filtrar férmions por quiralidade em distintos estados polarizados por número de Chern, oferecendo um método mais eficiente e potencialmente menos intensivo em energia.

As implicações desta pesquisa se estendem ao desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e espintrônicos avançados. Ao separar elétrons com base em sua quiralidade sem campos magnéticos, torna-se possível criar novos tipos de sensores, interruptores e outros componentes eletrônicos. Além disso, as correntes quirais separadas também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos, abrindo possibilidades para manipular propriedades magnéticas em nanoescala.

Os pesquisadores sugerem que trabalhos futuros se concentrarão na otimização do design do dispositivo e na exploração de outros materiais com propriedades topológicas semelhantes para aprimorar ainda mais o desempenho e ampliar a aplicabilidade desta válvula fermiônica quiral. A ausência de campos magnéticos nesta tecnologia pode levar a dispositivos eletrônicos menores, mais rápidos e com maior eficiência energética.