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, de acordo com um novo estudo publicado na revista Nature. Este avanço 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 de pesquisa, cujos membros não foram 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, demonstrando as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais. As correntes quirais transversais resultantes, possuindo velocidades anômalas opostas, foram espacialmente separadas nos braços externos do dispositivo.

"Esta é uma maneira completamente nova de manipular elétrons", disse um pesquisador líder, de acordo com o resumo do estudo, embora o pesquisador específico não tenha sido identificado. "Ao usar a geometria quântica do material, podemos filtrar elétrons por sua quiralidade e direcioná-los para diferentes locais."

Os semimetais topológicos, os materiais usados neste estudo, 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 esses requisitos, utilizando a geometria quântica inerente das bandas topológicas.

A separação espacial de correntes quirais também leva à separação de magnetizações orbitais com sinais opostos, abrindo possibilidades para novos dispositivos espintrônicos. A espintrônica aproveita o spin dos elétrons, além de sua carga, para criar componentes eletrônicos mais eficientes e versáteis.

A equipe observou a interferência quântica das correntes quirais separadas, confirmando ainda mais a eficácia de seu método. A ausência de um campo magnético neste processo é uma vantagem significativa, pois os campos magnéticos podem ser incômodos e energeticamente intensivos para gerar e manter.

As implicações desta pesquisa se estendem a vários campos, incluindo computação quântica e tecnologias avançadas de sensores. Ao controlar o fluxo de elétrons quirais, os pesquisadores podem potencialmente criar dispositivos quânticos mais eficientes e robustos.

Mais pesquisas estão planejadas para explorar todo o potencial desta válvula fermiônica quiral e para investigar sua aplicabilidade a outros materiais topológicos. A equipe acredita que esta descoberta pode abrir caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos que exploram as propriedades únicas dos férmions quirais.