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, открывает путь к новым электронным устройствам, которые управляют потоком электронов без необходимости использования магнитных полей, что потенциально ведет к созданию более эффективных и компактных технологий.

Команда, имена участников которой не указаны в предоставленном исходном материале, продемонстрировала этот эффект, используя трехплечевое устройство, изготовленное из монокристаллического галлия палладия (PdGa). Этот материал является топологическим полуметаллом, что означает, что он обладает уникальными электронными свойствами, возникающими из его зонной структуры. Эти материалы содержат фермионы с противоположной киральностью в точках пересечения топологических зон. В отличие от предыдущих методов, которые полагаются на сильные магнитные поля или магнитное легирование для управления потоком электронов, этот новый подход использует внутреннюю квантовую геометрию материала для фильтрации электронов по киральности в различные состояния.

Согласно исследованию, квантовая геометрия индуцирует аномальные скорости в киральных фермионах, что приводит к нелинейному эффекту Холла. Этот эффект пространственно разделяет поперечные киральные токи с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства. Эти киральные токи, существующие в противоположных состояниях числа Черна, также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками. Также наблюдалась мезоскопическая фазовая когерентность этих токов.

Значимость этого исследования заключается в его потенциале преодоления ограничений существующих спинтронных устройств. Спинтроника, которая использует спин электронов, а не их заряд, предлагает такие преимущества, как более низкое энергопотребление и более высокая скорость обработки данных. Однако многим спинтронным устройствам требуются магнитные поля для управления спином электронов, что может быть громоздким и энергоемким. Этот новый метод предлагает способ управления киральностью электронов без магнитных полей, что потенциально ведет к созданию меньших по размеру и более энергоэффективных спинтронных устройств.

Исследователи считают, что это открытие может оказать значительное влияние на развитие будущих электронных технологий. Используя квантовую геометрию топологических материалов, можно будет создавать новые типы электронных компонентов, такие как киральные фильтры и спиновые транзисторы, которые будут более эффективными и универсальными, чем современные устройства. Необходимы дальнейшие исследования для изучения всего потенциала этой технологии и разработки практических применений.