Исследователи разработали новый метод разделения электронов на основе их киральности, свойства, связанного с их спином, без необходимости использования магнитных полей. Этот прорыв, подробно описанный в недавней публикации в журнале Nature, использует квантовую геометрию топологических зон в материале под названием галлид палладия (PdGa) для фильтрации и направления электронов с противоположной киральностью в отдельные каналы.

Исследовательская группа, чьи члены не были немедленно доступны для комментариев, продемонстрировала это явление, изготовив устройства PdGa в трехармовой геометрии. Эти устройства демонстрировали нелинейный эффект Холла, явление, при котором электрический ток не прямо пропорционален приложенному напряжению. Этот эффект возникает из-за аномальных скоростей киральных фермионов, индуцированных квантовой геометрией, что приводит к пространственному разделению поперечных киральных токов с противоположными аномальными скоростями во внешние плечи устройства.

Киральность, в контексте электронов, относится к "хиральности", где электроны могут иметь либо левую, либо правую спиновую ориентацию относительно направления их движения. Разделение электронов на основе киральности имеет потенциальные применения в спинтронике, области, которая направлена на использование спина электронов, а не их заряда, для разработки новых электронных устройств. Традиционные методы манипулирования киральными электронами часто полагаются на сильные магнитные поля или магнитные примеси, что может быть энергоемким и вызывать нежелательные эффекты.

Новый метод преодолевает эти ограничения, используя внутреннюю квантовую геометрию электронных зон в PdGa. Эта квантовая геометрия действует как фильтр, направляя электроны с различной киральностью в отдельные каналы. Разделенные киральные токи также несут орбитальные намагниченности с противоположными знаками, что еще больше повышает потенциал для спинтронных применений.

Команда наблюдала картины квантовой интерференции, подтверждающие разделение киральных токов в отсутствие какого-либо магнитного поля. Это наблюдение предоставляет прямое доказательство эффективности кирального фильтра на основе квантовой геометрии.

Эксперты считают, что это открытие может проложить путь к более энергоэффективным и компактным спинтронным устройствам. Возможность манипулировать киральными электронами без магнитных полей открывает новые возможности для разработки передовых электронных компонентов, таких как спиновые транзисторы и устройства памяти.

В настоящее время проводятся дальнейшие исследования для изучения потенциала этой технологии и выявления других материалов, обладающих аналогичными квантово-геометрическими свойствами. Команда также работает над оптимизацией конструкции устройства для повышения эффективности кирального разделения и изучения потенциальных применений в различных спинтронных устройствах.