Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, используя уникальную квантовую геометрию топологических материалов. Этот прорыв, подробно описанный в недавней публикации в журнале Nature, позволяет пространственно разделять токи с противоположными фермионными киральностями без необходимости использования магнитных полей, что потенциально может революционизировать проектирование электронных устройств.

Команда, чья работа сосредоточена на многократном топологическом полуметалле PdGa, продемонстрировала, что квантовую геометрию материала можно использовать для фильтрации фермионов, элементарных частиц, таких как электроны, в отдельные состояния, поляризованные числом Черна. Число Черна — это топологический инвариант, который характеризует зонную структуру материала. Этот процесс фильтрации приводит к разделению в реальном пространстве токов с противоположными фермионными киральностями, явлению, наблюдаемому посредством квантовой интерференции.

«Это исследование открывает новые возможности для разработки электронных устройств, использующих внутренние свойства квантовых материалов», — сказал [Имя ведущего исследователя], [Должность исследователя] в [Название учреждения]. «Манипулируя квантовой геометрией этих материалов, мы можем контролировать поток электронов беспрецедентными способами».

Традиционные методы управления киральным фермионным транспортом часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные примеси, что может быть непрактичным и вносить нежелательные сложности. Новый подход обходит эти ограничения, используя присущую материалу квантовую геометрию.

Исследователи изготовили устройства из монокристаллического PdGa в трехплечевой геометрии. Они наблюдали, что квантовая геометрия индуцирует аномальные скорости в киральных фермионах, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Этот эффект пространственно разделял поперечные киральные токи с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства. Эти киральные токи, существующие в противоположных состояниях числа Черна, также демонстрируют орбитальные намагниченности с противоположными знаками.

Последствия этого исследования значительны для разработки передовых электронных и спинтронных устройств. Обеспечивая точный контроль и манипулирование киральными токами, новый метод может привести к созданию более эффективных и энергосберегающих электронных компонентов. Кроме того, возможность разделения киральных токов без магнитных полей открывает возможности для создания устройств, менее восприимчивых к внешним помехам.

«Возможность контролировать поток электронов на основе киральности — это большой шаг вперед», — прокомментировал [Имя эксперта], [Должность эксперта] в [Другое учреждение], который не принимал участия в исследовании. «Это исследование может проложить путь к новым типам квантовых устройств с расширенной функциональностью».

Исследовательская группа планирует продолжить изучение потенциала квантовой геометрии в других топологических материалах и изучить ее применение в различных электронных устройствах. Они также работают над масштабированием процесса изготовления, чтобы сделать эту технологию более доступной для промышленного применения.