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 publicação recente na Nature, permite a separação espacial de correntes com quiralidades fermiônicas opostas sem a necessidade de campos magnéticos, um requisito comum em abordagens anteriores.

A equipe alcançou isso fabricando dispositivos de PdGa monocristalino em uma geometria de três braços. O arranjo específico aproveita as velocidades anômalas induzidas pela geometria quântica de férmions quirais, resultando em um efeito Hall não linear. Este efeito separa espacialmente as correntes quirais transversais com velocidades anômalas opostas nos braços externos do dispositivo. Essas correntes quirais, existentes em estados de número de Chern opostos, também carregam magnetizações orbitais com sinais opostos.

"Esta é uma maneira completamente nova de controlar o fluxo de elétrons", disse [Lead Researcher Name], um(a) [Researcher Title] no(a) [Institution Name]. "Ao usar as propriedades quânticas intrínsecas do material, podemos filtrar elétrons com base em sua quiralidade e direcioná-los para diferentes locais."

A importância desta pesquisa reside em seu potencial para revolucionar dispositivos eletrônicos e espintrônicos. Os métodos tradicionais para manipular férmions quirais geralmente dependem de fortes campos magnéticos ou dopantes magnéticos, que podem consumir muita energia e introduzir efeitos indesejados. Esta nova abordagem oferece uma maneira mais eficiente e precisa de controlar o fluxo de elétrons, potencialmente levando a dispositivos menores, mais rápidos e com maior eficiência energética.

Os semimetais topológicos, a classe de materiais usada neste experimento, hospedam férmions com quiralidades opostas em cruzamentos de banda topológicos. Esses materiais têm atraído atenção significativa nos últimos anos devido às suas propriedades eletrônicas únicas e potencial para aplicações tecnológicas. A geometria quântica desses materiais, um conceito que descreve a forma e a curvatura das funções de onda eletrônicas, desempenha um papel crucial no efeito observado.

A equipe observou padrões de interferência quântica, confirmando a separação no espaço real de correntes com quiralidades fermiônicas opostas. Esta observação fornece evidências diretas da eficácia de seu método.

"A capacidade de separar correntes quirais sem campos magnéticos abre possibilidades interessantes para novos tipos de dispositivos eletrônicos", explicou [Co-author Name], um(a) [Co-author Title] no(a) [Co-author Institution]. "Prevemos aplicações em áreas como computação quântica, espintrônica e sensores."

Os pesquisadores estão atualmente trabalhando na otimização do design do dispositivo e explorando outros materiais com propriedades topológicas semelhantes. Eles acreditam que esta abordagem pode ser estendida a outros materiais topológicos, abrindo caminho para uma nova geração de dispositivos eletrônicos quirais. Pesquisas adicionais se concentrarão na compreensão das limitações deste método e na exploração de seu potencial para integração em tecnologias eletrônicas existentes.