Pesquisadores desenvolveram um novo método para separar elétrons com base em sua quiralidade, uma propriedade relacionada ao seu spin, sem a necessidade de campos magnéticos. Este avanço, detalhado em uma publicação recente na Nature, utiliza a geometria quântica de bandas topológicas em um material chamado Paládio Galídeo (PdGa) para filtrar férmions, um tipo de partícula que inclui elétrons, em estados distintos polarizados por seu número de Chern, uma quantidade topológica.

A equipe de pesquisa, cujos nomes e afiliações foram incluídos na publicação da Nature, demonstrou a separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas, observando sua interferência quântica. Isso foi alcançado usando dispositivos fabricados a partir de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. A geometria única do material induz velocidades anômalas em férmions quirais, levando a um efeito Hall não linear.

De acordo com o estudo, as correntes quirais transversais resultantes, que possuem velocidades anômalas opostas, são separadas espacialmente nos braços externos do dispositivo. Essas correntes quirais, existentes em estados de número de Chern opostos, também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos. A coerência de fase mesoscópica dessas correntes permite a observação de efeitos de interferência quântica, validando ainda mais a separação de férmions quirais.

Os métodos tradicionais para manipular o transporte fermiônico quiral em sistemas topológicos geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos. Esses métodos são usados para suprimir o transporte indesejado e criar um desequilíbrio na ocupação de estados com números de Chern opostos. A nova abordagem ignora esses requisitos, explorando a geometria quântica inerente do material.

As implicações desta pesquisa são significativas para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos e espintrônicos. Ao fornecer um método para controlar o fluxo de férmions quirais sem campos magnéticos, esta descoberta abre portas para dispositivos mais compactos e com maior eficiência energética. Pesquisas futuras provavelmente se concentrarão na exploração de outros materiais com propriedades geométricas quânticas semelhantes e na otimização do design do dispositivo para aplicações específicas.