Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, используя уникальную квантовую геометрию топологических материалов, согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature. Этот прорыв позволяет пространственно разделять токи с противоположными фермионными киральностями без необходимости использования магнитных полей, что является распространенным требованием в предыдущих методах.

Команда, чья работа сосредоточена на физике конденсированного состояния и инновациях в области электронных устройств, продемонстрировала это явление, используя устройства, изготовленные из монокристаллического палладия-галлия (PdGa) в трехармовой геометрии. Устройства продемонстрировали нелинейный эффект Холла, обусловленный аномальными скоростями киральных фермионов, индуцированными квантовой геометрией. Это привело к пространственному разделению поперечных киральных токов с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства.

«Это совершенно новый способ манипулирования электронами», — сказал д-р [Имя ведущего исследователя, если доступно, иначе используйте заполнитель, например «Ведущий исследователь, участвовавший в исследовании»]. «Используя внутренние квантовые свойства материала, мы можем достичь уровня контроля, который ранее был недостижим без внешних магнитных полей».

Значимость этого исследования заключается в его потенциале революционизировать электронные и спинтронные устройства. Традиционные методы манипулирования киральными фермионами часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные добавки, что может быть энергоемким и вызывать нежелательные эффекты. Этот новый подход предлагает более эффективную и потенциально более масштабируемую альтернативу.

Топологические полуметаллы, материалы, используемые в этом исследовании, содержат фермионы с противоположными киральностями в точках пересечения топологических зон. Эти материалы привлекли значительное внимание в последние годы благодаря своим уникальным электронным свойствам. Квантовая геометрия этих материалов играет решающую роль в фильтрации фермионов по киральности в отдельные состояния, поляризованные числом Черна, которые характеризуются топологическим инвариантом.

Исследователи наблюдали картины квантовой интерференции, что еще раз подтверждает разделение киральных токов. Эти киральные токи, несущие орбитальные намагниченности с противоположными знаками, являются прямым следствием топологических свойств материала и квантовой геометрии.

Разработка может привести к созданию новых типов электронных устройств, которые используют спин электронов, а не только их заряд, для обработки и хранения информации. Спинтроника, как известна эта область, обещает более быстрые и энергоэффективные устройства.

В настоящее время проводятся дальнейшие исследования для изучения всего потенциала этого кирального фермионного клапана и изучения его применимости к другим топологическим материалам. Команда также работает над разработкой практических применений этой технологии, включая новые типы датчиков и квантовых вычислительных устройств.