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 является распространенным требованием в предыдущих методах.

Исследовательская группа, сосредоточившись на топологическом полуметалле PdGa, разработала устройства в трехоплечевой геометрии. Эти устройства используют индуцированные квантовой геометрией аномальные скорости киральных фермионов, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Этот эффект пространственно разделяет поперечные киральные токи с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства. Противоположные состояния числа Черна этих киральных токов также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками.

«Это совершенно новый способ управления потоком электронов», — сказал [Имя ведущего исследователя, если доступно, иначе используйте заполнитель, например «ведущий исследователь проекта»], «[Цитата, объясняющая значимость исследования и его потенциальное влияние].»

Традиционные методы управления киральным фермионным транспортом часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитное легирование для подавления нежелательного транспорта и создания дисбаланса в заполнении состояний с противоположными числами Черна. Этот новый подход обходит эти требования, используя внутреннюю квантовую геометрию самого материала.

Топологические полуметаллы — это материалы с уникальными электронными свойствами, возникающими из их зонной структуры, где энергетические уровни электронов образуют топологические особенности. Эти особенности, известные как пересечения зон, содержат фермионы с противоположными киральностями. Квантовая геометрия этих зон играет решающую роль в определении поведения электронов внутри материала.

Результаты команды могут иметь значительные последствия для разработки новых электронных и спинтронных устройств. Предоставляя способ управления потоком электронов на основе киральности без необходимости использования магнитных полей, это исследование открывает двери для более энергоэффективных и компактных устройств.

В настоящее время исследователи изучают потенциал этой технологии для различных применений, включая разработку новых типов датчиков и устройств квантовых вычислений. Планируются дальнейшие исследования для изучения поведения этих киральных токов в различных материалах и геометриях устройств.